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Innovativer energieeffizienter Plasma-Rußpartikelfilter auf Basis einer dielektrischen Barriereentladung für Dieselmotoren in Non-Road-Anwendung

Projektleiter: Prof. Dr. Wolfgang Maus-Friedrichs

Förderzeitraum: 09/2017 – 08/2020
Förderstelle: ZIM
Förderkennzeichen: ZF4431901CL7

Bearbeiter: Dipl.-Phys. Uwe Kahnert

Laborräume: 1.04 (CZM)

Plasma-Rußfilter für Dieselmotoren auf Basis einer dielektrischen Barriereentladung in Non-Road-Anwendung

Partikel in Abgasen, vornehmlich Rußpartikel, stellen bei Verbrennungsmotoren einen problematischen Schadstoff dar – insbesondere als Feinstaub, aber auch als sichtbarer Schwarzrauch. Der Feinstaub aus Schiffsdieselmotoren ist nach neuen Erkenntnissen sogar deutlich schädlicher für das menschliche Immunsystem als NOx und SO2. Das Umweltbundesamt schätzt die Zahl der  jährlichen Todesfälle durch die direkten Auswirkungen der Feinstaubbelastung auf 10.000–19.000 allein in Deutschland. Diesen Problemen soll u. a. durch Grenz- und Zielwerte anhand der EU-Richtlinien 1999/30/EG und 2008/50/EG begegnet werden, welche in der 39. Bundes-Immissionsschutzverordnung (BImSchV) implementiert sind. Vor allem bei den Abgasen von Schiffsdieselmotoren und bei der Schwerölverbrennung treten außer Feinstaubpartikeln der Klassen PM10 und PM2,5 ebenfalls erhebliche Mengen an Partikeln mit größeren Durchmessern auf. Bisherige kommerzielle Systeme zur Verminderung der Emission der Rußpartikel basieren ausschließlich auf Technologien mit passiven und aktiven Partikelfiltern, bei denen es zu einem systembedingten Kraftstoffmehrverbrauch kommt.

Im Gegensatz dazu soll im Rahmen dieses Projekts die Entfernung von Rußpartikeln aus Abgasströmen von Motoren mittels eines kalten Plasmas, erzeugt durch eine dielektrische Barrierenentladung (DBE), realisiert werden. Es sorgt für die komplette Entfernung der Rußpartikel aus den Gasströmen durch deren Oxidation in ungefährliches Kohlenstoffdioxid. Die plasmaunterstützte Zersetzung der Partikel wird zusätzlich kombiniert mit einem niedrigen Gleichspannungsfeld, wie es aus Elektrofiltersystemen bekannt ist, zur gezielten Steigerung des Abscheideverhaltens der Rußpartikel. Die innovativen Aspekte des Verfahrens liegen in der vorteilhaften Abscheideeffizienz eines Elektrofilters bei stark verringertem Energiebedarf, der erreicht wird durch die plasmavermittelte Ionisierung und die schnelle und energieeffiziente, plasmavermittelte Zersetzung der Partikel in gasförmige Komponenten.

Im Zuge der Entwicklung eines vermarktungsfähigen Produkts werden im Projekt entsprechende Anlagenkomponenten konzipiert, getestet und angepasst und durch die Industriepartner in Zusammenarbeit mit der TU Clausthal realisiert werden. Basierend auf den Projektergebnissen ist eine Übertragbarkeit auf andere Technologiebereiche und weitere Anwendungen denkbar, z.B. in den Bereich der Rußminderung aus Schornsteinen von sowohl Großfeuerungsanlagen als auch kleinen Feuerstätten in Privathaushalten, womit insgesamt ein hohes Marktpotential vorhanden ist.

 

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