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Mit Harnstoff gegen Stickoxide

Dieselmotoren stehen aktuell im Mittelpunkt umweltpolitischer Debatten – nicht nur in der Automobilindustrie, sondern auch in der Schifffahrt: Seeschiffe erzeugen erhebliche Mengen umweltschädlicher Schadstoffe. Speziell die bei der Verbrennung von Dieselkraftstoff entstehenden Stickoxide (NOx) gelten als gesundheitsschädigend, da sie die Atemwege und das Herz-Kreislauf-System schädigen. Göteborgs Energy Systems AB (GESAB) fertigt Systeme mit selektiver katalytischer Reduktion (SCR) für Dieselmotoren größerer Schiffe. Das Ergebnis: Stickoxidemissionen werden deutlich reduziert.

Die global agierende Schifffahrtsindustrie steht durch immer engere rechtliche Rahmenbedingungen und Vorschriften unter dem enormen Druck, ihre Abgasemissionen verringern zu müssen. Zwei Beispiele aus dem skandinavischen Raum: In Schweden zahlen alle Schiffe beim Einlaufen in einen neuen Hafen eine Emissionsabgabe, in Norwegen wird eine Schiffssteuer pro ausgestoßenem Kilogramm Stickoxid erhoben. Eine effektive Möglichkeit für Reedereien, den Ausstoß von NOx ihrer Schiffsflotte zu senken und dabei durch geringere Steuer- und Abgabelasten viel Geld zu sparen, basiert auf der SCR-Technologie: Bei der „selektiven katalytischen Reduktion“ setzt eine chemische Reaktion ein, die schädliche Stickoxide im Abgas in Stickstoff (N2) und Wasser (H₂O) umwandelt.

SCR-Technologie macht die Schifffahrt ein Stück sauberer.

Als Teil des Abgassystems befinden sich SCR-Systeme auf dem Schiff direkt hinter den Dieselmotoren; der Harnstoff wird dabei in einem separaten Tank gelagert und über Leitungen zur Dosiereinrichtung im Abgasstrang geführt.

Harnstoff wirkt reinigend

Dass in Göteborg ansässige Unternehmen GESAB stellt seit mehr als 30 Jahren solche Stickoxid-Reduzierungssysteme für die Schifffahrtsindustrie her. „Durch das SCR-System und ein spezifisches, aber vergleichsweise simples Verfahren kann eine Reinigung der Stickoxide von bis zu 95 Prozent erreicht werden“, erklärt Johan Svenberg, Business-Unit-Manager bei GESAB. Zusätzlicher sauberer Nebeneffekt: Der Motor lässt sich sehr partikelarm abstimmen. Auch die Anzahl der Rußpartikel im Abgasstrom kann reduziert werden. Bei dem angewandten Verfahren wird den Abgasen ein Reduktionsmittel zugeführt, das sich mit dem NOx vermischt. Als Reduktionsmittel, das über ein Dosiermodul in den Abgasstrang eingespritzt wird, dient eine ungiftige und geruchslose Lösung, die aus hochkonzentriertem Harnstoff in entionisiertem Wasser besteht. Ein Katalysator wandelt in einer chemischen Reaktion die im Abgas enthaltenen Stickoxide innerhalb weniger Sekunden in harmlosen Stickstoff und einfaches Wasser um. Als Teil des Abgassystems befinden sich SCR-Systeme auf dem Schiff direkt hinter den Dieselmotoren im Abgasstrang; der Harnstoff wird dabei in einem separaten Tank gelagert und über Leitungen zur Dosiereinrichtung im Abgasstrang geführt.

PFC200 steuert optimal aus

Wie viel Harnstofflösung in die Abgase innerhalb eines SCR-Systems zugeführt wird, hängt von der Motorlast ab – je höher die Last, desto mehr Mittel muss beigemischt werden. „Eine elektronische Steuerung ist das Herzstück des Verfahrens. Sie nutzt wichtige Motorparameter wie Betriebstemperatur oder Drehzahl, um die Harnstoffmenge exakt darauf abzustimmen“, erklärt Svenberg. Denn nur wenn Abgas- und Harnstoffmengen genau zusammenpassen, könne die optimale Wirkung erzeugt und die hohe Reinigungsrate der Stickoxidemission sichergestellt werden. GESAB greift dabei als Schaltzentrale auf den WAGO Controller PFC200 zurück, der auf einem leistungsstarken Prozessor basiert und zahlreiche ETHERNET-Protokolle unterstützt. Ein weiterer Mehrwert, der für die WAGO Steuerung sprach: Anbindungen an übergeordnete IT-Systeme sind möglich. Auf einem direkt im PFC200 integrierten Webserver läuft eine Visualisierung, auf die Anwender mit einem Webbrowser zugreifen können. Die Signale werden über das modulare, robuste wie kompakte WAGO I/O-SYSTEM 750 miteinander verbunden. „Wir arbeiten seit mehr als fünf Jahren mit WAGO zusammen und sind mit den Produkten mehr als zufrieden“, so Svenberg. Neben den Schiffszertifizierungen, unter anderem durch den DNV GL, gaben die elektromagnetische Verträglichkeit, die Stör- und Ausfallsicherheit sowie die feldbusunabhängigen Schnittstellen den Ausschlag für das Automatisierungssystem. „Außerdem können wir uns dank der großen Produktvielfalt auf einen einzigen Anbieter konzentrieren, was unserem Umweltschutzprogramm bei GESAB sehr entgegenkommt“, unterstreicht Svenberg. WAGO sei ein zuverlässiger Partner, der für verlässliche Verbindungen an entscheidenden Schnittstellen sorgt.

Text:
Kajsa Ihre
Johan Lycke | WAGO

Foto: GESAB

Was macht Stickstoffoxide so gefährlich?

Gesundheitsrisike
In der Umwelt vorkommende Stickstoffdioxid-Konzentrationen sind vor allem für Asthmatiker ein Problem, da sich eine Bronchialkonstriktion (Bronchienverengung) einstellen kann, die zum Beispiel durch die Wirkungen von Allergenen verstärkt werden kann.

Wirkungen auf Ökosysteme
Stickstoffoxide, insbesondere Stickstoffdioxid, können Pflanzen schädigen und unter anderem ein Gelbwerden der Blätter (sog. Nekrosen), vorzeitiges Altern und Kümmerwuchs bewirken. Zudem trägt Stickstoffdioxid in Verbindung mit Wasser (saurer Regen) zur Überdüngung und Versauerung von Böden und in geringem Maße auch von Gewässern bei.

WAGO in der Praxis

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