mini|Ein Pkw-Hersteller nutzt die Marke an einem Tankeinfüllstutzen. mini|Lizenzfreies Produkt Diesel exhaust fluid (DEF) aus dem nordamerikanischen Markt AdBlue ist eine Marke für Produkte und Dienstleistungen in Bezug auf Abgasnachbehandlung bei Dieselmotoren mittels selektiver katalytischer Reduktion (SCR). Diese Abgasnachbehandlung ermöglicht eine Reduktion der ausgestoßenen Stickoxide (NOx) um bis zu 97 Prozent.Robert Bosch GmbH: Kraftfahrtechnisches Taschenbuch. 28. Aufl., Springer Vieweg, Wiesbaden 2014, ISBN 978-3-658-03800-7, S. 719. Die hierfür u. a. notwendige wässrige Harnstofflösung ist in ISO 22241Vorschau ISO 22241-1, abgerufen am 3. April 2018. als AUS 32 genormt.
Die Marke gehört dem deutschen Verband der Automobilindustrie (VDA) und kann von Unternehmen zur Herstellung entsprechender Produkte lizenziert werden.
Zur technischen Wirkungsweise der Abgasnachbehandlung siehe SCR für den Einsatz in Fahrzeugen und Schiffen
Lizenzbedingungen Der Markeninhaber beschreibt seine Vergaberichtlinien wie folgt:
Die aktuellen Lizenzbedingungen können beim Inhaber angefragt werden. Zur Einführung 2009 wurden die Lizenz- und Zertifizierungskosten exemplarisch für einen Hersteller der Harnstofflösung genannt.
Die der Marke zugrunde liegende ISO-Norm standardisiert und benennt die wässrige Lösung dabei international mit AUS 32 für aqueous urea solution. Die Norm beschreibt weiterhin notwendige Test- und Qualitätssicherungsverfahren, sowie Lager- und Logistikanforderungen. Der Verband lizenziert die Marke nur in Verbindung mit umfangreichen Auditierungsmaßnahmen, die vom jeweiligen Lizenznehmer zu tragen sind. Version 1.5. In: Verband der Automobilindustrie, 2010 (englisch).
Lizenznehmer Die Marke wird weltweit von Industriebetrieben lizenziert, die sie für Benennung und Qualifizierung der Harnstofflösung nutzen. Die Anzahl an Lizenznehmern wuchs von 124 im Oktober 2014Liste der Lizenznehmer, Oktober 2014 (PDF) auf 177 im Mai 2018.
Spezifikationen AdBlue besteht aus einem Gemisch von demineralisiertem Wasser und ca. 32 % Harnstoff. Die Flüssigkeit besitzt folgende physikalische Eigenschaften:
Eigenschaft Wert Einheit Harnstoffgehalt 31,8–33,2 Gew.-% Kristallisationsbeginn −11,5 °C Brechungsindex 1,3817–1,3843 – Wärmeleitfähigkeit 0,57 W/(m·K) Spezifische Wärmekapazität 3,51 J/(g·K) Schmelzenthalpie 270 J/g Dichte bei 20 °C 1,087–1,093 g/cm³ Dynamische Viskosität 1,4 mPa·s
Das Mischverhältnis ist nahe am eutektischen Punkt. Dies ermöglicht den niedrigsten möglichen Schmelzpunkt, und die Konzentration in flüssiger oder fester Phase ändert sich nicht nennenswert, wenn Teile der Lösung einfrieren.
Herstellungsprozess
Harnstoff (CH4N2O) wird in der chemischen Industrie großtechnisch aus Ammoniak (NH3) und Kohlendioxid (CO2) hergestellt. Ammoniak wird dazu mittels elektrischer Energie (85 bis 160 kWh pro t) aus Stickstoff (N2) und Wasserstoff (H2) hergestellt (Haber-Bosch-Verfahren). Der benötigte Wasserstoff wird wiederum fast ausschließlich aus – überwiegend fossilem – Methan (CH4) hergestellt.
Durch hohe Gaspreise stieg der Preis des Additivs von vormals 13 €/100 l auf 76 €/100 l im ersten Quartal 2022.
Chemische Reaktionen der Abgasnachbehandlung AdBlue wird zur Reduktion von Stickoxiden zu Stickstoff und Wasser in die Abgase eingebracht. Dazu ist eine Abgastemperatur von mindestens 180 °C erforderlich. Dabei entsteht Ammoniak, der anschließend verbraucht wird, sowie Kohlenstoffdioxid:
Setzt man die Atommassen N=14u, H=1u, C=12u und O=16u in die Summenformeln von Harnstoff und Wasser ein, ergeben sich Molekülmassen von 60u für und 18u für . Um das Massenverhältnis von 32,5 % zu 67,5 % zu erhalten, muss 1 mol Harnstoff in 6,92 mol Wasser gelöst sein. Bei den chemischen Reaktionen wird dabei 1 mol Harnstoff und 1 mol Wasser umgesetzt, d. h. 5,92 mol Wasser bleiben erhalten. Man erhält dann 2 mol Ammoniak, also 34 g, aus 1 mol Harnstoff und 6,92 mol Wasser, d. h. aus 184,6 g AdBlue. Damit erhält man etwa 184 mg Ammoniak aus 1 g AdBlue. Mit einer Dichte von 1,09 g/cm³ erhält man 0,2 g Ammoniak aus 1 ml AdBlue.
Dann reagiert Ammoniak mit Stickoxiden. Dabei finden folgende Reaktionen statt: (1) (2)
Zunächst findet die Fast SCR-Reaktion (1) statt. Ist dann noch Stickstoffmonoxid vorhanden, findet die Standard SCR (2) statt. Die Standard SCR benötigt jedoch höhere Temperaturen als die Fast SCR. Bei niedrigen Katalysatortemperaturen von 200 °C benötigen Vanadium-basierte SCR-Katalysatoren ein -Verhältnis nahe 0,5:1, während Kupfer-Zeolith-Katalysatoren schon mit einem -Wert von 0,2 Umwandlungsraten über 90 % erreichen können, vor allem, weil in Kupfer-Zeolith-Katalysatoren ein Teil des Stickstoffmonoxid zu Stickstoffdioxid oxidiert wird, so dass auch bei niedrigen Werten für am Eingang des Katalysators die Reaktion (1) stattfinden kann.
Folgende Reaktion ist eine SCR-Reaktion und daher möglich, sie ist aber unerwünscht: (3)
Reaktion (3) findet nur statt, wenn es einen Überschuss an Stickstoffdioxid gibt. Gibt es diesen Überschuss, dann finden weitere Reaktionen statt, die vor allem bei Temperaturen unter 200 °C Ammoniumnitrat und Distickstoffmonoxid bilden können. Bei Vanadium-basierten SCR-Katalysatoren verläuft Reaktion (3) noch langsamer als die Standard SCR. Bei anderen Katalysatortypen verläuft (3) zwar schneller, die unerwünschte Bildung von Ammoniumnitrat und Distickstoffmonoxid tritt aber auch auf.
Bei hohen Temperaturen können Reaktionen auftreten, bei denen ein Teil des Ammoniaks direkt mit Sauerstoff reagiert, was als Ammoniak-Oxidation bezeichnet wird, z. B.
Verbrauch mini|AdBlue-Tank eines Lkw Stoffmengen Die Verordnung 692/2008 schreibt vor, dass bei Stickoxidemissionen von Fahrzeugen das -Äquivalent betrachtet wird, d. h. Stickstoffmonoxid wird mit der molaren Masse von Stickstoffdioxid angenommen. In den Reaktionen (1) und (2) wird jeweils 1 Mol Ammoniak pro 1 Mol Stickoxide benötigt. Da das -Äquivalent betrachtet wird, spielt die Unterscheidung zwischen Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid hier keine Rolle. Mit einer molaren Masse von 46 g/mol für Stickstoffdioxid ergibt sich, dass 46 g Stickoxide mittels 17 g Ammoniak reduziert werden. Da 85 ml AdBlue benötigt werden, um 17 g Ammoniak zu gewinnen, werden 85 ml AdBlue für 46 g Stickoxide benötigt, d. h. 1 l AdBlue genügt zur Reduktion von 543 g Stickoxiden bzw. 1 kg AdBlue genügt zur Reduktion von 498 g Stickoxiden. Würde man nicht mit dem -Äquivalent rechnen, sondern die reine Masse von Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid rechnen, würde die Reaktion (1) etwa 450 g Stickoxide reduzieren. In praktischen Anwendungen, die mehr als 80 % Umwandlungsrate erfordern, wird typischerweise mit 1,05 bis 1,10 mol Ammoniak pro 1 mol Stickoxide gearbeitet, so dass 1,05 bis 1,10 l AdBlue pro 543 g Stickoxide notwendig werden. Abschätzungen und Herstellerangaben Das Umweltbundesamt gibt für Diesel-PKW der Abgasnorm Euro 5 einen Flottendurchschnitt von 950 mg NOx/km an, d. h. 770 mg NOx/km über dem Grenzwert von 180 mg/km. Mit einem AdBlue-Bedarf von 1 Liter pro 543 g Stickoxide hätten solche Fahrzeuge im Flottendurchschnitt 1,4 l/1000 km verbrauchen müssen, wenn sie ein AdBlue-System gehabt hätten. Dieser Wert bezieht sich auf die bestehende Fahrzeugflotte inklusive der Abschalteinrichtungen in der Abgasrückführung. Bereits eine besser konstruierte, wirksamere Abgasrückführung würde die Menge entstehender, und damit zu reduzierender, Stickoxide senken. Damit würde auch der AdBlue-Bedarf weiter sinken.
Scania hatte 2014 einen Wert von 6 % des Kraftstoffverbrauchs für seine Euro VI-Motoren ohne Abgasrückführung, und 3 % für seine Euro VI-Motoren mit Abgasrückführung angegeben, und somit klargestellt, dass die genaue Konstruktion des Motors einen erheblichen Einfluss auf den AdBlue-Verbrauch hat. Für PKW geben einige Quellen wesentlich höhere Werte an, zum Beispiel 4 % bis 6 % des Kraftstoffverbrauchs. Wieder andere Quellen übertragen den AdBlue-Verbrauch von LKW auf PKW und geben Werte von 5 bis 8 Prozent des Kraftstoffverbrauchs an. Für Extremsituationen wurden bis zu 8,5 Liter pro 1000 Kilometer angegeben. Anhand der chemischen Reaktionen sind solche Abschätzungen für den langfristigen Verbrauch jedoch nicht nachvollziehbar, denn 5 bis 8 % wären bei einem Kraftstoffverbrauch von 6 l/100 km bereits 3 bis 4,8 l/1000 km, was einem durchschnittlichen -Äquivalent von 1,5 bis 2,6 g NOx/km entspräche. Insbesondere liegt der Euro 6-Grenzwert für Stickoxide bei 80 mg/km, d. h. eine Umwandlungsrate von bis zu 90 %, wie in angegeben, würde bei Weitem nicht ausreichen, um die Euro 6-Norm bei einem so hohen AdBlue-Verbrauch überhaupt einzuhalten. Auch technisch sind solche Abschätzungen nicht plausibel, denn bereits im Jahr 2012 wurden Fahrzeugmodelle mit Niederdruck-Abgasrückführung vorgestellt, dennoch wurde in Quelle im Jahr 2017 der AdBlue-Bedarf von LKW ohne Abgasrückführung auf PKW übertragen, ohne dabei zwischen solchen mit und ohne Niederdruck-Abgasrückführung zu unterscheiden.
Wiederum andere Quellen nennen für Euro 5 - Fahrzeuge bei Vollgas auf der Autobahn, basierend auf dem ADAC EcoTest, Werte von 2 g NOx/km, was einen Verbrauch von 4 l/1000 km bei Vollgas bedeuten würde.
Im Jahr 2018 hat Bosch für einen prototypisch veränderten VW Golf, der den Euro-6-Grenzwert von 80 mg NOx/km im Realbetrieb deutlich unterschritten hat, je nach Fahrweise einen AdBlue-Verbrauch von 0,5 bis 1,8 l/1000 km angegeben. Bei Wohnmobilen der Abgasnorm Euro 6d-TEMP machen Hersteller teils gar keine Angaben, oder geben eine sehr große Spanne an, wie z. B. 1 bis 5 Prozent des Kraftstoffverbrauchs bei Ford.
Berechnung des AdBlue-Bedarfs für eine Fahrt mini|Daten aus einem Motorsteuergerät zum AdBlue-Verbrauch Stickoxid-Sensoren messen den Volumenanteil an Stickoxiden in einem Gas. Im Folgenden bezieht sich der Wert auf den Sickoxidanteil vor dem SCR-Katalysator. Da die molare Masse von Stickoxiden bei 46 g/mol liegt und die von Dieselabgas bei etwa 29 g/mol, und da das Volumen eines Gases bei gleicher Temperatur und gleichem Druck nur von seiner Stoffmenge abhängt, gilt für den Massenanteil
Der Abgasmassenstrom wird ohnehin vom Motorsteuergerät berechnet. Der NOx-Massenstrom beträgt dann
Für einen zeitlichen Ausschnitt einer Fahrt gilt also:
Mit dem oben angegebenen Wert von 1 kg AdBlue pro 498 g Stickoxiden (gerundet auf 500 g) und ohne Berücksichtigung des oben angegebenen Faktors von 1,05 bis 1,10 heißt das für eine hinreichend lange Fahrt:
Ist der AdBlue-Verbrauch geringer, dann steht zu wenig Ammoniak für die oben beschriebenen Reaktionen (1) und (2) zur Verfügung. Ist er deutlich höher, dann ist zu viel Ammoniak vorhanden, und es kann zu Ammoniak-Emissionen kommen, insbesondere dann, wenn das Fahrzeug über keine Abgasnachbehandlung für Ammoniak („Ammoniak-Sperrkatalysator“ oder „Ammoniak-Schlupfkatalysator“) verfügt.
Die letzte Gleichung gilt nur für hinreichend lange Zeitabschnitte, da SCR-Katalysatoren temperaturabhängig Ammoniak an der Oberfläche speichern und wieder abgeben, so dass kurzfristig größere Abweichungen auftreten können. Bei niedrigen Katalysatortemperaturen ist es zwingend erforderlich, mit einer hohen Ammoniak-Beladung zu arbeiten, bei hohen Temperaturen dagegen sinkt die Speicherfähigkeit.
Messung der Harnstoffkonzentration mini|Abfrage des Sensors für Harnstoffkonzentration Die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Ultraschall in wässrigen Harnstofflösungen hängt von der Harnstoffkonzentration ab. Basierend auf dieser Grundlage ist es möglich, die Harnstoffkonzentration mittels Ultraschall so genau zu messen, dass nicht nur eine Fehlbetankung zum Beispiel mit Wasser („ungenügende AdBlue-Qualität“ im rechtlichen Sinne) erkannt werden kann, sondern dass die Dosierung an die tatsächliche Harnstoffkonzentration angepasst werden kann.
Kartellvorwürfe