Neueste Dieselfahrzeuge (Euro-6) stossen dank Partikelfiltern so gut wie keine gesundheitsschädigenden Russteilchen mehr aus. Dennoch sind immer noch viele ältere Lastwagen, Busse, Baumaschinen oder Dieselloks ohne Filter unterwegs. Diese könnten aber durchaus nachgerüstet werden – ein hochaktuelles Thema wie die Nationalratsdebatte vom 6. Mai zeigt. Einen Test zur Filterbewertung hat die Empa in Zusammenarbeit mit Industrie, Forschungsinstituten und Behörden schon vor einigen Jahren entwickelt. Damals galt es, Dieselemissionen im NEAT-Tunnelbau zu vermindern. Mit dem Test lässt sich prüfen, ob Filter die Dieselabgase ausreichend reinigen. Ist ein Filter VERT-zertifiziert, ist garantiert, dass dieser bis zu 98% weniger Russpartikel emittiert. Nach wie vor ungelöst ist jedoch das Problem der flüchtigen Verbindungen, insbesondere der genotoxischen – also das Erbgut schädigenden – Stoffe.

Dieselabgase sind genotoxisch
2012 hat die WHO Dieselabgase in die höchste Klasse der genotoxischen Stoffe eingestuft. Eingeatmete Dieselabgase können Lungenkrebs auslösen. Gefragt ist also eine Abgasnachbehandlung, um krebsauslösende Stoffe abzubauen. Doch was genau geschieht mit diesen Stoffen in den Filtern? Werden sie tatsächlich abgebaut oder nur eingelagert und bei hohen Temperaturen wieder freigesetzt? Können gar neue Schadstoffe entstehen, etwa entzündungsauslösendes Stickstoffdioxid, krebserregende polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAH) oder gar Dioxine, wie Empa-Chemiker Norbert Heeb am fünften VERT-Forum am 21. März in der Empa-Akademie ausführte. Mit Tests an menschlichen Lungenzellen konnte Sandro Steiner von der Université Fribourg zeigen, dass sich durch Filtration alleine die Genotoxizität von Dieselabgasen nicht senken liess. Erst katalytisch aktive Filter zersetzen auch die genotoxischen Stoffe. Die meisten aktuellen Dieselpartikelfilter sind deshalb mit wirksamen Katalysatoren ausgerüstet.

Dass die Nachrüstung älterer Dieselfahrzeuge mit effizienten Filtern machbar ist, zeigten diverse Hersteller, die etwa Systeme für Dieselloks anbieten. Diese arbeiten mit Brennern und Katalysatoren in der Form von Treibstoffadditiven oder entsprechenden Beschichtungen, die den Russ und angelagerte Stoffe vollständig abbrennen.

Partikelfilter für Benzinmotoren
Die Entwicklung der Filtertechnologien beschränkt sich jedoch nicht nur auf Dieselmotoren. Benzinmotoren mit GDI-Technologie («gasoline direct injection»), ursprünglich eingeführt von Mitsubishi und Hyundai, emittieren ebenfalls Russ-Nanopartikel. Oft wird gar der Grenzwert für Dieselfahrzeuge von 600 Milliarden Partikel pro Kilometer überschritten. Diese Benzinerpartikel entstehen ähnlich wie Dieselruss unter hohem Druck und sind mit 20 bis 60 Nanometer sogar noch kleiner als die meisten Dieselrusspartikel. Das ist beunruhigend, weil sie damit hundert Mal kleiner als die zehn Mikrometer grossen Partikel (PM10), die heute als Masseinheit für die Luftqualität dienen und somit lungengängig sind.
Da sich die GDI-Technologie in der Autowelt durchsetzen wird, haben ForscherInnen der Berner Fachhochschule in Biel und der FH Nordwestschweiz (FHNW), der Empa und des PSI das Forschungsprojekt «GasoMep» («gasoline vehicles with GDI») gestartet. Jan Czerwinski von der Berner Fachhochschule stellte dieses am VERT-Forum vor: An entsprechenden Fahrzeugen soll mehr über die Zusammensetzung der Partikel und Abgase erfahren und neueste Filtertechnologien erprobt werden. Das Projekt wird vom Bundesamt für Umwelt (BAFU), der Industrie und dem Kompetenzzentrum für Energie und Mobilität des ETH-Bereichs (CCEM) unterstützt.
Die besten Filtersysteme taugen jedoch nichts, wenn im Gesetz die nötigen Vorschriften fehlen. Nino Künzli, Präsident der Eidgenössischen Kommission für Lufthygiene (EKL), erläuterte, wie die Forschung der Legislative immer wieder Anlass gibt, Richtlinien zu überarbeiten. Die ausserparlamentarische Fachkommission empfiehlt aufgrund neuer Ergebnisse deshalb neu, einen zusätzlichen Immissionsgrenzwert für die kleineren Feinstaubpartikel (PM2.5) in der Schweizerischen Luftreinhalteverordnung zu verankern.

Messgeräte für Nanopartikel
Verbrennungspartikel sind unsichtbar. Sie sind kleiner als 100 Nanometer (PM0.1), nicht wägbar und schweben in der Luft. Doch wie lassen sich derart kleine Partikel erfassen? Mit diesen Herausforderungen sehen sich Behörden konfrontiert. Wie ist zu überprüfen, ob Filtersysteme tatsächlich funktionieren, und wie können Lastwagen auf der Autobahn oder Maschinen auf Baustellen kontrolliert werden? Wünschenswert wären mobile Messgeräte, die die Anzahl Nanopartikel direkt im Auspuff messen. Einige Referenten stellten am Forum Lösungen vor, die bereits am Markt erhältlich sind oder kurz vor der Markteinführung stehen und detailliert über den Schadstoffausstoss einzelner Fahrzeuge informieren.

Ein Problem, das keine Grenzen kennt
Toxische Dieselabgase werden weltweit ausgestossen, doch stellen sich überall unterschiedliche Probleme. Ein halbes Dutzend Vortragende aus der ganzen Welt wussten davon zu berichten. In Bogotà wird etwa – wie Isabel Molina, Vertreterin des kolumbianischen Umweltministeriums, erläuterte – die gesamte städtische ÖV-Flotte, d.h. rund 12‘000 Busse, mit der neuesten Filtergeneration nachgerüstet. Die Behörden hoffen, damit die legendär schlechte Luftqualität der Millionenmetropole, die 2‘640 Meter über Meer liegt, wesentlich zu verbessern. Auch in der Schweiz besteht, wie die Nationalratsdebatte zeigt, Nachrüstbedarf: Vor allem für Euro-4- und Euro-5-Lastwagen, die uns ohne Filter noch jahrelang krebserzeugende Abgase bescheren.

VERT
Die Schweiz nimmt auf dem Gebiet der Dieselpartikelfilter eine Pionierrolle ein. Das ist nicht zuletzt den Anstrengungen des gemeinnützigen Vereins VERT (Abk. für: Verminderung der Emissionen von Realmaschinen im Tunnelbau) zu verdanken. Mitte der 1990er Jahre brachte VERT Partikelfilterhersteller, Behörden und den Arbeitsschutz (SUVA) an einen Tisch, um gemeinsam nach Lösungen zu suchen, wie die genotoxischen Dieselabgase der Maschinen in den Tunnels der NEAT-Baustellen zu entgiften sind. VERT unterstützt Forschungsarbeiten, Neuentwicklungen und Filterzertifizierungen. Heute sind weltweit mehr als 40 zertifizierte Partikelfiltersysteme im Handel. Federführend an der Entwicklung des VERT-Tests waren Andreas Mayer vom Ingenieurbüro TTM, Jan Czerwinski von der Berner Fachhochschule in Biel, Gerhart Leutert vom BAFU sowie Andrea Ulrich und Norbert Heeb von der Empa.