Partikelfilter

Vor allem der kohlenstoffhaltige Feinstaub gilt seit langem als gesundheitsschädlich, da es sich nicht um Rußpartikel aus reinem Kohlenstoff, sondern meist um Agglomerationen (Anbackungen) von Rußpartikeln mit anderen gesundheitsschädigenden Stoffen wie PAK (Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe) u. a. m. handelt.
Die moderne Dieselmotorentechnik mit Common-Rail-Einspritzung sorgt zudem für immer feinere und damit lungengängigere Feinstpartikel. Diese extrem kleinen Feinpartikel sind besonders gesundheitsschädlich.

Umweltverbände hatten daher seit Jahrzehnten einen Dieselrußpartikelfilter gefordert. Da diese Technik jedoch sehr aufwändig und teuer ist, konnte erst um die Jahrtausendwende ein zuverlässig arbeitendes System bis zur Serienreife entwickelt werden.

Man unterscheidet zwischen wanddurchfluteten Keramikmodulen (an denen die Kanalenden wechselseitig mit Stopfen verschlossen sind), Sintermetallfiltern, die statt poröser Keramik geschlossene und gefaltete Taschen aus porösem Sintermetall haben, sowie Nebenstrom-Tiefbettfiltern, welche die Rußpartikel durch Strömungsdynamik – gezielte Strömungsumlenkungen – quasi aus dem Abgasstrom herausfischen. Die wanddurchfluteten Filter werden fälschlicherweise oft als „geschlossene Filtersysteme“ bezeichnet, die Nebenstrom-Tiefbettfilter wiederum fälschlicherweise oft als „offene Filtersysteme“.

Dieselrußpartikelfilter mit wanddurchfluteten Keramikmodulen kommen zu 99 % in der automobilen Serie zum Zuge. Der Grund liegt darin, dass diese die Partikelmasse zu über 98 % herausfiltern können – und bis 2015 (Euro 5) wurde bei den Abgasgrenzwerten für Partikel nur Masse und nicht Partikelanzahl gefordert. 

Bei den besonders gesundheitsschädlichen Feinstpartikeln haben diese allerdings systembedingte Schwächen; vor allem nach jeder Regeneration, bis sich wieder ein Filterkuchen aufgebaut hat. Nebenstrom-Tiefbettfilter wiederum können die Partikelmasse nur zu rund 40 %, die Feinstpartikeln allerdings bis rund 80 % herausfiltern.
Der sichtbare Ruß bei Fahrzeugen, Lokomotiven und Schiffen trägt hauptsächlich zur gesundheitlich weniger kritischen Partikelmasse bei und muss nicht zwangsläufig eine hohe Zahl von Feinstpartikeln enthalten.

Bei den wanddurchfluteten Dieselrußpartikelfiltern muss der gesammelte Ruß regelmäßig (etwa alle 500 bis 1000 km) verbrannt werden. Zurück bleibt ein geringer Anteil an unbrennbarer Asche. Diese summiert sich auf, so dass der Filter eines Tages ganz voll ist (die Grenze lag 2015 etwa bei 200.000 km). Da der Ruß nur bei höheren Temperaturen um 500 °Celsius verbrennt und das Abgas des Dieselmotors recht kalt ist, kann ein Filter auch durch Ruß verstopfen. Beide Verstopfungsarten (Ruß oder Asche) haben also unterschiedliche Gründe. Der Vorgang der Regeneration (der Rußabbrand) findet bei mittelhohen Temperaturen statt, bei denen auch chemische Umwandlungen stattfinden. Die meisten DPF sind katalytisch beschichtet, was derartige chemische Reaktionen noch unterstützt. Das kann dann zu anderen giftigen Stoffen führen, welche mit dem Abgas in die Umwelt gelangen.

Der ausgestoßene Ruß von Dieselmotoren und direkteinspritzenden Ottomotoren ist nur ein kleiner Teil der gemessenen und diskutierten Feinstaubbelastung, da auch Stäube aus natürlichen und industriellen Quellen erfasst werden. Daneben erzeugen Gebäudeheizungen mit Festbrennstoffen rußhaltigen Feinstaub.