Selektive katalytische Reduktion (SCR)

Die selektive katalytische Reduktion (SCR) ist das bekannteste Verfahren zur Reduzierung der Stickoxid-Emissionen (NOx). Diese Schadstoffe stammen aus Verbrennungsquellen in der Industrie, wie Kraftwerken, stationären Energieanlagen, Schiffsmotoren und Kraftfahrzeugen.

Stickstoffoxide sind eine Familie giftiger, hochreaktiver Gase. Diese Gase entstehen, wenn Kraftstoff bei hoher Temperatur verbrannt wird. Über einen Zeitraum von mehr als 100 Jahren haben sie nach Angaben der US-Umweltschutzbehörde (EPA) pro Gewichtseinheit eine 310-mal stärkere Auswirkung bzw. globales Erwärmungspotenzial (GWP) als Kohlendioxid (CO2). Alle grossen internationalen Umweltbehörden, zum Beispiel US-EPA, EEA, MEP-China usw., schreiben heute strenge NOx-Emissionsgrenzwerte vor.

NOx-Emissionen verringern als wichtiges Umweltziel

Eine der bekanntesten Techniken zur Verringerung der NOx-Emissionen ist die NOx-Reduktion mit Harnstoff, effektiv Ammoniak (NH3). Hierbei wird NOx zu Stickstoff (N2) und Wasser (H2O) reduziert. Die Reduktion erfolgt oft mit Hilfe eines Katalysators (selektive katalytische Reduktion, SCR). Aber auch mit einem nicht-katalytischen Verfahren (selektive nicht-katalytische Reduktion, SNCR) ist die Reduktion möglich. Die Messung von Ammoniak dient sowohl der Steuerung der Harnstoffeinspritzung als auch der Kontrolle des Rest-Ammoniaks (dem so genannten Ammoniakschlupf). Dies bietet viele Vorteile, zum Beispiel genauere Prozesssteuerung, längere Lebensdauer des Katalysators und geringere Umweltbelastung durch Ammoniakschlupf.

NOx-Reduzierung in industriellen Prozessen

In Kraftwerken können heute bis zu 99% der Stickoxide reduziert werden. Voraussetzung dafür ist eine präzise Steuerung des Harnstoffs und des gesamten Prozessablaufs. Deshalb werden Kraftwerke und viele andere Industrieanlagen wie Zement- und Müllverbrennungsanlagen oder Raffinerien immer häufiger mit einem SCR-System ausgestattet. In Europa werden den Betreibern solcher Anlagen im Rahmen der IVU-Richtlinie (Integrierte Vermeidung und Verminderung der Umweltverschmutzung) neue gesetzliche Ziele zur Emissionsminderung auferlegt. Diese Ziele beziehen sich in erster Linie auf die Emissionen von Stickoxiden. Zusätzlich zu dieser europäischen Richtlinie sind weitere Ziele auf staatlicher und regionaler Ebene zu erfüllen.

SCR-Prüfstände für Kraftfahrzeuge

Die meisten grossen Automobilhersteller bieten heute serienmässig SCR-Systeme an, die die Stickoxid-Emissionen wirksam reduzieren. Denn nur so halten Dieselmotoren die Abgasnorm Euro 6d mit maximal 80mg NOx/km ein.

Bei Nutzfahrzeugen wird die Zugabe der Harnstofflösung zur Emissionsminderung bereits seit längerem eingesetzt. Infolge der erneuten Verschärfung der Abgasnormen und realen Messungen auf der Strasse ist die SCR-Technologie inzwischen für alle grösseren Dieselmotoren unerlässlich.
Die flächendeckende Einführung der SCR-Technologie durch die Automobilindustrie hat zahlreiche Forschungsaktivitäten zur weiteren Verbesserung bestehender Systeme und zur Entwicklung neuer Lösungen initiiert.

NOx-Reduzierung in der Schifffahrt

Die Schifffahrt trägt erheblich zu den weltweiten Stickoxid-Emissionen bei. Die strengeren Vorschriften der Internationalen Seeschifffahrtsorganisation (IMO) in den 2008 vorgenommenen Änderungen der MARPOL-Anlage VI gelten seit 2016 weltweit.

Alle neuen Schiffe, die in einem Emissionskontrollgebiet (ECA) fahren, müssen die NOx-Emissionen reduzieren, um die strengen Anforderungen der Stufe III zu erfüllen.
SCR wird zu einer weithin akzeptierten Technologie, um diese Anforderungen für NOx-Emissionsgrenzwerte zu erfüllen und ist bei Schiffsmotoren mit verschiedenen Standardkraftstoffarten einsetzbar.

Zuverlässige Ammoniakmessung mit dem LGD F200

Der Laser-Gasdetektor LGD F200-NH3 von Axetris basiert auf der abstimmbaren Diodenlaserspektroskopie (TDLS) und ist für die Messung von heiss-feuchten Gasen (typischerweise bis zu 220°C) konzipiert. Die Technologie kombiniert eine präzise, berührungslose optische Messung mit einer hohen Zielgas-Selektivität über einen grossen Messbereich.

Das OEM-Modul liefert eine zuverlässige und kontinuierliche Messung von Ammoniak (NH3) mit Reaktionszeiten (T90) von weniger als fünf Sekunden. Der LGD F200 ist eine eigenständige, extraktive Lösung und lässt sich in verschiedene Ammoniak-Analysatoren integrieren. Die Messung kann in der Nähe des Gasstroms erfolgen. Dies durch Entnahme einer Probe (near in-situ) oder durch Extraktion einer geheizten Probe in einem gängigen Gas-Analysator.