Stickoxidemissionen (NOx)

NOx-Emissionen sind Stickoxide, vor allem Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid, die entstehen, wenn Luft im Motor bei hoher Temperatur verbrannt wird. Luft besteht zu rund achtundsiebzig Prozent aus Stickstoff, und obwohl Stickstoff normalerweise reaktionsträge ist, brechen die große Hitze und der hohe Druck der Verbrennung die starken Bindungen in den Stickstoff- und Sauerstoffmolekülen auf und lassen sie sich verbinden. Die Sammelbezeichnung NOx wird verwendet, weil sich die beiden Verbindungen in der Atmosphäre ineinander umwandeln und gemeinsam reglementiert werden.

Die ausschlaggebende Bedingung für die NOx-Bildung ist die Temperatur. Je heißer die Verbrennung, desto mehr NOx entsteht, was Ingenieure in eine schwierige Lage bringt, denn hohe Verbrennungstemperaturen verbessern in der Regel auch den Wirkungsgrad und senken andere Schadstoffe. Dieser Zielkonflikt steht im Zentrum vieler moderner Motor- und Abgaskonzepte und erklärt, warum Maßnahmen, die NOx senken, mitunter den Kraftstoffverbrauch oder den Rußausstoß erhöhen.

Anders als Kohlendioxid ist NOx kein vorrangiges Treibhausgas, sondern ein lokaler Luftschadstoff. Stickstoffdioxid reizt die Atemwege und verschlimmert Asthma und andere Atemwegserkrankungen, und Stickoxide tragen zur Bildung von bodennahem Ozon und photochemischem Smog ebenso bei wie zu saurem Regen und Feinstaubdunst. Ihre schädliche Wirkung ist im dichten Stadtverkehr am stärksten spürbar, weshalb NOx in den Mittelpunkt von Umweltzonen und Innenstadtbeschränkungen gerückt ist.

Dieselmotoren sind ein besonderes Problem, weil ihre magere Verbrennung bei hoher Temperatur von Natur aus mehr NOx erzeugt als die von Ottomotoren, selbst wenn sie gute Kohlendioxidwerte liefern. Dieser Konflikt wurde im sogenannten Dieselskandal berüchtigt, als herauskam, dass manche Fahrzeuge so ausgelegt waren, dass sie die Laborprüfung erkannten und den NOx-Ausstoß nur unter diesen Bedingungen senkten, während sie auf der Straße weit mehr ausstießen. Der Skandal beschleunigte den Umstieg auf die straßengestützte Prüfung der Real Driving Emissions.

Die Begrenzung von NOx beruht auf einer zweigleisigen Strategie. Vorgeschaltet führt die Abgasrückführung einen Teil des reaktionsträgen Abgases zurück in die Zylinder und senkt so die Spitzentemperatur der Verbrennung, wodurch die NOx-Bildung an der Quelle unterdrückt wird. Nachgeschaltet spritzt die selektive katalytische Reduktion eine Harnstofflösung, vertrieben als AdBlue, in den Abgasstrang, wo sie Ammoniak freisetzt, das die Stickoxide an einem Katalysator in unschädlichen Stickstoff und Wasser umwandelt. NOx-Speicherkatalysatoren übernehmen bei manchen Motoren eine verwandte Aufgabe.

NOx steht damit in unmittelbarem Zusammenhang mit einem Bündel von Abgasnachbehandlungstechniken, nämlich SCR, AdBlue und Abgasrückführung, sowie mit dem regulatorischen Rahmen der Euro-Abgasnormen, wobei Euro 6 die derzeit strengsten Grenzwerte vorschreibt. Sie gut zu beherrschen, gehört zu den zentralen Herausforderungen, Verbrennungsmotoren in modernen Städten akzeptabel zu machen.