Harnstoff für Diesel: Wozu er benötigt wird und wie er funktioniert

Eine der unangenehmen Eigenschaften von Dieselmotoren ist der hohe Schadstoffausstoß in die Atmosphäre, insbesondere von Stickoxiden. Da die Umweltvorschriften immer strenger werden, mussten Ingenieure neue Wege finden, um diese Verbindungen zu neutralisieren. Nach den Reinigungssystemen wurde die Technologie der selektiven katalytischen Reduktion (SCR) von Stickoxiden entwickelt, für die eine Harnstofflösung erforderlich war. Oder anders ausgedrückt: AdBlue. Sehen wir uns an, worum es sich dabei handelt und warum ein modernes Auto es benötigt.

Wozu benötigt man das Reagens AdBlue (Harnstoff)?

Wozu dient Harnstoff bei Dieselmotoren? Er wird oft als AdBlue bezeichnet, obwohl es sich dabei lediglich um eine eingetragene Handelsmarke handelt, die für eine Lösung aus Harnstoff in demineralisiertem Wasser verwendet wird. AdBlue wird nur in der SCR-Technologie zur Reduzierung der Stickoxidemissionen in Dieselabgasen verwendet – als eine Komponente einer Reaktion zur Reduzierung von harmlosem Stickstoff aus seinen Oxiden.

Das flüssige Reagens wird in das Abgassystem des Fahrzeugs eingespeist, wo es durch Reaktion mit den Abgasen (EG) dazu beiträgt, Stickoxide in harmlose Substanzen wie Wasserdampf und Stickstoff umzuwandeln. Ohne diese Technologie können Autos mit Dieselmotoren heute keine Umweltstandards erfüllen, die über dem Euro-5-Protokoll liegen.

Die Marke AdBlue, deren Rechte dem Verband der Automobilindustrie (VDA) gehören, stellt eine wässrige Harnstofflösung her. Einerseits ist die Zusammensetzung von Harnstoff für Diesel einfach: 32,5 % gereinigter Harnstoff (die korrekte chemische Bezeichnung lautet Kohlensäurediamid) und 67,5 % demineralisiertes Wasser.

Die Technologie zur Herstellung der Lösung ist jedoch komplex und nicht für jeden Hersteller verfügbar. Der Prozess erfordert eine sorgfältige Reinigung der Flüssigkeit von Fremdstoffen. Und erst nach Überprüfung der Einhaltung der Eigenschaften gemäß VDA-Dokumenten und der internationalen Norm ISO 22241 (in Deutschland – DIN 70070, in Russland – GOST R ISO) darf der Kanister die Bezeichnung AdBlue tragen.

Einer der ersten, der Anfang der 2000er-Jahre Harnstofflösung für Dieselmotoren von Serienfahrzeugen einsetzte (zuerst in Lastwagen und Bussen und dann in Personenkraftwagen), war die Daimler AG, die ein proprietäres System zur Reinigung der Abgase von Dieselmotoren namens BlueTec einführte.

Im Jahr 2022 gab es in Russland nur vier Hersteller von AdBlue, die ein legales und hochwertiges Produkt herstellten. Das AdBlue-Reagens sollte nicht mit gewöhnlichem Harnstoff verwechselt werden, der als Düngemittel, Futterzusatz für Tiere oder in der Pharmakologie verwendet wird.

Aufbau und Grundprinzipien des SCR-Systems

In modernen Autos wird zur maximalen Reduzierung schädlicher Emissionen (Kohlenwasserstoffe, Schwefel, Ruß, Stickoxide und andere) ein ganzer Komplex technischer Lösungen im Abgassystem eingesetzt.

Ihr gemeinsamer Name ist katalytische Elemente. Dazu gehören Katalysatoren für das Abgassystem sowie Partikelfilter, die ausschließlich in Dieselfahrzeugen eingesetzt werden.

Und was ist mit Harnstoff für Dieselmotoren? Wozu dient er? Die SCR-Neutralisationstechnologie, die auf der Verwendung von Harnstoff basiert, soll die Abgase durch zusätzliche Reinigung der Gase noch umweltfreundlicher machen.

Das SCR-Neutralisationssystem besteht aus nur wenigen Komponenten. Es erfordert jedoch nicht nur regelmäßiges Betanken und die Kontrolle des Harnstoffstands in einem speziellen Tank, sondern auch regelmäßige Wartung.

Das folgende Beispiel für Systemdesign und -betrieb gilt uneingeschränkt für das BlueTec-System der Daimler AG. Die Systeme anderer Hersteller können sich in Details unterscheiden, funktionieren aber im Allgemeinen nach demselben Prinzip.

Die AdBlue-Flüssigkeit wird in einen speziellen Tank gefüllt, dessen Volumen bei Autos zwischen 5 und 35 Litern variiert. In der Regel ist der Tank mit einer Heizung ausgestattet, die ein Einfrieren der Harnstofflösung bei Kälte verhindert (die Harnstofflösung kristallisiert bei einer Temperatur von minus 11 Grad Celsius).

Der Einfüllstutzen des AdBlue-Tanks befindet sich bei Autos an verschiedenen Stellen: unter der Tankklappe, im Kofferraum oder unter der Motorhaube. Der Harnstoff fließt durch die Versorgungsleitungen zur Abgasanlage vor dem Katalysator.

Mit Hilfe von Düse und Mischer (Mixer) wird das Reagens unter einem Druck von 4,5 bis 8,5 bar in einem Katalysator mit komplexer Bauweise (katalytischer SCR-Konverter) zerstäubt, wo in mehreren Stufen und durch Deaktivierung von Stickoxiden in den Zustand sicherer Substanzen – Wasserdampf und freier Stickstoff – umgewandelt werden.

Der Prozess wird elektronisch gesteuert – durch den SCR-Block, der die Lösung dosiert, wobei er sich an den Messwerten des Sensors orientiert, der die Stickoxide NOx kontrolliert.

Der Harnstoffverbrauch für Dieselkraftstoff ist bei verschiedenen Fahrzeugtypen unterschiedlich. Bei Personenkraftwagen reicht eine Betankung für eine Strecke von bis zu 20.000 Kilometern, und die planmäßige Wartung und gegebenenfalls das Nachfüllen von AdBlue erfolgen alle 10.000 Kilometer.

Der AdBlue-Verbrauch beträgt prozentual zum Dieselkraftstoffverbrauch: bei PKWs 4 % des Kraftstoffverbrauchs und bei schweren LKWs bis zu 6 %. Im Allgemeinen ist dies akzeptabel, obwohl die Kosten für einen 5-Liter-Kanister AdBlue mit dem Preis für eine ähnliche Menge Kühlmittel vergleichbar sind.

Vor- und Nachteile von Harnstoff für Dieselmotoren

Die Vorteile solcher Systeme lassen sich in mehreren Punkten zusammenfassen, die für Länder mit strengen Umweltvorschriften und -beschränkungen uneingeschränkt gelten.

Die Vorteile der Verwendung von Harnstoff für Dieselmotoren:

• Umweltmission – die Fähigkeit, Emissionen auf Euro-6- und strengere Standards zu reduzieren.
• Reduzierung der Kfz-Steuer und Minimierung von Strafen für die Nichteinhaltung von Umweltstandards in Ländern, in denen dies möglich ist (somit Liquidität auf dem Sekundärmarkt).
• Vergünstigungen beim Befahren von mautpflichtigen Autobahnen sowie beim Befahren einer Reihe von Siedlungen (relevant für Besitzer von Nutzfahrzeugen).
• Relativ einfacher Anschluss von SCR-Modulen, was die Kosten für Dieselfahrzeuge leicht erhöht.
• Kompatibilität mit Katalysatoren, ERG-System und Partikelfiltersystem.
• erhöhte Motorleistung und reduzierter Kraftstoffverbrauch.

Es gibt auch objektive Nachteile, die den Betrieb des Fahrzeugs oft erheblich erschweren. Vor allem im kalten russischen Klima.

Die Nachteile der Verwendung von Harnstoff:

1. Hoher Gefrierpunkt. Bei starkem Frost kann Harnstoff im System kristallisieren und dadurch den Motorbetrieb stören. Wenn die AdBlue-Zufuhr unterbrochen wird (auch wenn der Tank leer ist), schalten Dieselmotoren in den Notbetrieb, wodurch die Leistung eingeschränkt wird oder der Motor überhaupt nicht anspringt. Übrigens bleiben die Betriebseigenschaften von AdBlue nach dem Auftauen für einige Zeit erhalten.
2. Die Notwendigkeit, einen Vorrat an Harnstoff im Kofferraum oder in der Garage zu haben. Die Lagerung von Harnstoff ist eine verantwortungsvolle Angelegenheit. Es ist wichtig, nicht nur ein striktes Temperaturregime im streng positiven Bereich einzuhalten. Das Reagenz ist aktiv, es kann mit Gusseisen, Kupfer, Aluminium und einer Reihe anderer Metalle interagieren. AdBlue ist bei Kontakt mit Kraft- und Schmierstoffen, Lösungsmitteln und anderen Autochemikalien kontraindiziert. Und die Haltbarkeitsdauer beträgt nicht mehr als ein Jahr.
3. Erhebliche Kosten für Reparatur und Wartung der Systemelemente.
4. In Russland gibt es viele Fälschungen des AdBlue-Reagens, unter denen es schwierig ist, das Original und das sichere Produkt zu identifizieren. Nicht nur die Lebensdauer des Reinigungssystems als Ganzes, sondern auch die Gesundheit des Motors selbst hängt oft von der Qualität des Reagens ab.
5. Hohe Anforderungen an die Qualität des Dieselkraftstoffs. Möglicherweise das größte Hindernis für SCR-Neutralisationssysteme in Russland.

Zusammenfassung der Ergebnisse

• Harnstoff im Dieselkraftstoff wird zur Verbesserung seiner Umweltverträglichkeit verwendet, und das darauf basierende Reagens wird AdBlue genannt.
• Das Funktionsprinzip von AdBlue besteht in der Reaktion mit Stickoxiden in Abgasen unter Freisetzung von harmlosem Stickstoff und Wasserdampf.
• Der Hauptvorteil von SCR-Neutralisationssystemen besteht nach wie vor in der Möglichkeit, die Umweltklasse des Fahrzeugs auf die Euro-6-Norm zu erhöhen.
• In Russland haben sich Systeme, die auf der Zusammensetzung von AdBlue basieren, aufgrund der Kälteempfindlichkeit von Harnstoff, der geringen Qualität von Dieselkraftstoff und des Reagens selbst sowie der hohen Wartungskosten solcher Fahrzeuge nicht durchgesetzt.