Technik Plattform der Fachgruppe Technik

Bereits vor 15 Jahren beschlossen die Regierungen der EU und der USA neue Richtlinien zur Schadstoffreduzierung in den Abgasen von Dieselmotoren in landwirtschaftlichen Fahrzeugen sowie im Bausektor. Zur Erhaltung der bisherigen Schadstoffgrenzwerte reichte es aus, die Motoren technisch weiter zu entwickeln und zu optimieren. Jetzt gelten andere Regeln.
 

Stufenweise Einführung

Im Jahr 1996 wurde die erste Stufe, 2002 die zweite, 2004 die dritte und 2005 schließlich eine weitere Stufe (III A) eingeführt.
Die Einführung der Abgasstufen I, II und III A sind von Bauern und Lohnunternehmern kaum wahr genommen worden. Denn bislang konnten die Motorenhersteller die Schadstoffemissionen durch die kontinuierliche Weiterentwicklung der Dieselmotoren, wie Common Rail, Vier-Ventil-Technik oder gekühlte Abgasrückführung unter den geltenden Grenzwerten halten. Die Motoren wurden in einigen Fällen leiser, sparsamer und verbrannten den Kraftstoff auch sauberer. Immerhin konnte auf diese Weise der Ausstoß von Stickoxiden und Rußpartikel gegenüber der Zeit vor dem Jahr 2005 um 70% reduziert werden.
Den Gesetzgebern in Europa und den USA reichte dies aber bei weitem nicht. Ab dem 1. Jänner 2011 mussten Traktoren und Maschinen der Nennleistung von 130 bis 560 KW die Stufe III B erreichen. Das heißt, sie müssen den Ausstoß von Stickoxiden um nochmals 85% und den von Partikeln sogar um 97% verringern.
Ab 2012 sind alle Maschinen und Traktoren mit einer Nennleistung von 56 bis 130 KW und ab 2013 alle ab einer Leistung von 37 bis 56 KW an der Reihe. Ab 2014 gilt die Stufe IV, wodurch die Stickoxide ebenfalls auf 97% zu reduzieren sind. Es gibt zwei verschiedene Möglichkeiten das Ziel zu erreichen:
 

SCR-Technologie

Die Abkürzung SCR steht für Selective Catalytic Reduction. Alle Traktorhersteller, außer John Deere, setzen auf die SCR-Technologie. Bei der SCR-Technologie wird zur Senkung der Stickoxide in die Abgase noch vor dem Katalysator eine wässrige Harnstofflösung injiziert. Die erforderliche Menge regelt ein Stickoxidsensor. Die Harnstofflösung besteht zu 32,5% aus Harnstoff, der Rest aus Wasser. Im Handel ist die Harnstofflösung unter dem Namen AdBlue erhältlich. Nach dem Einspritzen in den Abgastrakt wandelt sich der stickstoffhaltige Harnstoff bei einer Temperatur von 200 bis 240 °C in Ammoniak um. Das Ammoniak gelangt zusammen mit den Abgasen in den SCR-Katalysator. Dabei entsteht Luftstickstoff und Wasserdampf.
Der technische Aufwand für den Einsatz eines SCR-Katalysators ist sehr hoch. Die einzelnen Komponenten der SCR-Technologie in den engen Motorraum zu integrieren, fordert die Konstrukteure heraus. Dazu zählen im Wesentlichen der SCR-Kat, das Einspritzsystem für das AdBlue und der dazugehörende Tank. Trotz des Aufwandes hat der SCR-Kat für den Motor Vorteile. Er kann immer im Optimum gefahren werden und muss nicht wie beim Partikelfilter von Zeit zu Zeit auf Nenndrehzahlen gebracht werden. Dadurch sinkt der Anteil an Rußpartikel und der Dieselverbrauch soll geringer sein und somit die Kosten von AdBlue decken. Der Verbrauch der Harnstofflösung ist gering, ca. 3 bis 5 Liter auf 100 Liter Dieselkraftstoff.
Wichtig ist, dass die Lösung im eigens vorgesehenen Tank und nicht im Dieseltank nachgefüllt wird. Dafür ist der Harnstofflösungs-Tank eigens gekennzeichnet.
Um die Vorgaben für die Abgasnorm zu erreichen, bauen die Hersteller neuerdings zusätzlich noch einen Partikelfilter ein.
 

Partikel- und Oxydationsfilter mit Abgasrückführung

John Deere hingegen setzt bis zu der Einführung der Abgasstufe III B ausschließlich auf den Partikelfilter in Kombination mit externer Abgasrückführung. Das schließt aber nicht aus, dass im Jahr 2014 ebenfalls die SCR-Technologie zum Einsatz kommt. Bei der Abgasrückführung mit kombiniertem Partikelfilter wird der angesaugten Frischluft wieder ein Teil der Abgase zugeführt. Dadurch sinkt der Sauerstoffgehalt der dem Verbrennungsraum zugeführten Luft, wodurch wiederum die Verbrennungstemperatur sinkt.
Zusätzlich gibt es noch die Möglichkeit, die der Frischluft zugeführten Abgase zu kühlen, um so die Kühlung und den Wirkungsgrad des Motors zu verbessern.
Die so herbeigeführte Senkung der Stickoxide steht allerdings im Konflikt mit der ausgestoßenen Menge an Rußpartikel. Darum muss der Motor im Abgasbereich mit einem Rußpartikelfilter ausgestattet werden. Der Partikelfilter besteht aus kleinen, parallel angeordneten Kanälen. Die Kanalenden sind wechselseitig geschlossen. Dadurch werden die Abgase gezwungen, den Weg durch die mit feinsten Poren besetzten Zwischenwände zu nehmen. Während gasförmige Bestandteile passieren können, bleiben Partikel hängen. Damit der Partikelfilter nicht verstopft und der Abgasgegendruck im Motor nicht zu hoch wird, müssen die im Filter hängengebliebenen Partikel von Zeit zu Zeit unter Volllast verbrannt werden.  Zur Abgasfilteranlage von John Deere gehört außerdem noch ein Diesel-Oxidationskatalysator, der den Anteil von Kohlenmonoxid und unverbrannten Kohlenwasserstoff verringert.
 

Ausnahmeregelungen

Es gibt aber eine Anzahl von Ausnahmeregelungen: u. a. dürfen Motoren der betroffenen Leistungsklasse, die bis zum 31. Dezember hergestellt wurden, noch weitere zwei Jahre in den Handel gebracht werden. Weiters darf ein Hersteller in der EU in der gesamten Periode der geltenden Abgasnorm, eine bestimmte Anzahl von Motoren, die der vorhergehenden Abgasstufe entsprechen, in den Handel bringen.
 

Schluss

Die Hersteller der starken Traktoren mit über 130 KW haben die Bestimmungen schon umgesetzt. Für unsere Schmalspurtraktoren ab 56 KW (76,2 PS) wurde es im Jahr 2012 und für alle Traktoren ab 37 KW (50 PS) wird es im Jahr 2013 ernst. Wir sind uns alle einig, dass unsere Schleppermotoren umweltfreundlicher werden müssen. In Zukunft gibt es die Möglichkeit, die Rußpartikel und den Stickoxidausstoß bis auf 97% des heutigen Ausstoßes zu reduzieren. Dieser Schritt macht die Traktoren wieder etwas teurer, aber wir sind es der Umwelt schuldig.