NSK Advanced: Vom Stickstoffspeicherkat zum NSK Advanced

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Prinzipbedingt herrscht im Abgas von Dieselmotoren ein Sauerstoffüberschuss; Fachleute sprechen vom Magerbetrieb. In dieser oxidierenden Umgebung ist es sehr schwierig, unerwünschte Stickoxide (NOx) chemisch zu reduzieren, sie also in harmlosen Luftstickstoff (N2) umzuwandeln. Eine elegante Lösung bietet hierfür NSK Advanced, der verbesserte Stickstoffspeicherkat. Erst, als es den Verbrennungsspezialisten im Team gelungen war, einen Dieselmotor fett zu betreiben, war der Weg zur Systemanwendung frei.

Bereits 1996 begannen die Abgasnachbehandlungsspezialisten der Forschung von Daimler in Untertürkheim damit, die Grundlagen für diese Technik zu erarbeiten. Der entscheidende Ansatz ist, zwei Katalysatoren, nämlich den NSK und den SCR-Kat sinnvoll miteinander zu einem autarken Abgasnachbehandlungssystem zu kombinieren. Die Stickoxide werden dabei sowohl im NSK als auch im SCR-Kat abgebaut. Michel Weibel, Teamleiter Katalysatorsysteme, erklärt, wie sich die katalytischen Reaktionen effizient und synergetisch verknüpfen lassen. „Der Kern besteht darin, an Bord des Fahrzeugs, und zwar im NSK, gezielt Ammoniak zu erzeugen, das im nachfolgenden SCR-Kat die aus dem NSK durchgebrochenen Stickoxidmoleküle weiter zu Luftstickstoff reduziert. Deshalb arbeitet NSK Advanced auch ohne zusätzliches AdBlue-Additiv sehr effizient.“

Dazu bedarf es einer ausgeklügelten Motorsteuerung. Bei dem nun serienreifen System läuft der Dieselmotor fast immer im Magerbetrieb. Dabei wird der Löwenanteil der Stickoxide als Nitrat im NSK gespeichert. Der Rest der Stickoxide wandert zum SCR-Kat. Dort wird NOx mithilfe von gespeichertem Ammoniak (NH3) zu unschädlichem Luftstickstoff N2 reduziert.

Nach einer solchen Magerphase sorgt die Motorsteuerung während einiger Sekunden für einen „fetten“ also kraftstoffangereicherten Betrieb. Nun gelangen Reduktionsmittel wie Kohlenmonoxid (CO), Wasserstoff (H2) und Kohlenwasserstoffe (HC) in den Abgasstrom. Sie reduzieren einen Teil der im NSK gespeicherten Nitrate zu Luftstickstoff (N2). Dank einer speziell darauf angepassten Betriebsstrategie werden zugleich die restlichen Nitrate in Ammoniak (NH3) umgewandelt. Das so erzeugte NH3 passiert zunächst den anschließenden Partikelfilter und bildet im SCR-Katalysator das Ammoniakdepot für den nächsten Magerzyklus.

Erst der detaillierte Blick auf jeden einzelnen Katalysatorbaustein ermöglichte es den Forschern, die chemischen Vorgänge im Katalysator hinreichend genau zu verstehen. „Die Vielfalt der Parameterabhängigkeiten und die Komplexität der katalytischen Reaktionen waren eine enorme Herausforderung“, erinnert sich Michel Weibel an die diffizile Arbeit der vergangenen Jahre.