Die selektive katalytische Reduktion (SCR) bezeichnet eine Technik zur Reduktion von Stickoxiden (NOx) in Abgasen von Verbrennungsmotoren, Feuerungsanlagen und Industrieanlagen. Das Verfahren setzt auf eine chemische Reaktion, die bevorzugt Stickoxide reduziert, während unerwünschte Reaktionen wie die Oxidation des Reduktionsmittels mit Luftsauerstoff weitgehend unterdrückt werden. Für die Reaktion wird Ammoniak (NH₃) benötigt, das dem Abgas zugemischt wird. Die Produkte sind Wasser (H₂O) und Stickstoff (N₂). Bei Baumaschinen mit Emissionsklassen ab EURO-4 und Tier 4 ist SCR heute Standard.

Wie funktioniert die katalytische Reaktion?

Im Kern handelt es sich bei der SCR-Reaktion um eine Komproportionierung der Stickoxide mit Ammoniak zu Stickstoff. Es gibt zwei Haupttypen von Katalysatoren: Die erste Variante besteht hauptsächlich aus Titandioxid, Vanadiumpentoxid und Wolframdioxid, das die Stabilisierung des Titandioxids in seiner Anatasform ermöglicht. Die zweite Variante verwendet Zeolithe. Entwicklungen mit Eisenoxid-Katalysatoren haben sich im großtechnischen Maßstab nicht bewährt.

Katalysatoren aus Titandioxid, Vanadiumpentoxid und Wolframoxid oxidieren in Gegenwart gasförmiger Halogene auch das in vielen Abgasen vorhandene elementare Quecksilber, das sich dann besser in Wäschern oder Elektrofiltern abscheiden lässt. Als weitere technisch genutzte Nebenreaktion werden polychlorierte Dibenzodioxine und Dibenzofurane beim Durchströmen eines Entstickungskatalysators abgebaut.

Harnstoff-Dosierung: Thermolyse und Hydrolyse vor dem Katalysator

Bei der Verwendung von Harnstoff muss dieser erst in einer Thermolyse- und anschließenden Hydrolysereaktion zersetzt werden, um den für die SCR-Reaktion notwendigen Ammoniak freizusetzen. Thermolyse und Hydrolyse des eingedüsten Harnstoffs finden auf der Wegstrecke vor dem Katalysator – der sogenannten Hydrolyse-Strecke – statt. Da die optimale Zerstäubung sowie Verdampfung der wässrigen Harnstofflösung für die Umsetzung maßgeblich ist, kommen üblicherweise verschiedene Mischerkonstruktionen zum Einsatz, die diese verbessern sollen.

Die chemischen Vorgänge laufen in zwei Schritten ab: Zunächst zerfällt Harnstoff durch Thermolyse zu Ammoniak und Isocyansäure. Anschließend reagiert die Isocyansäure mit Wasser zu weiterem Ammoniak und Kohlendioxid. Um die Harnstoffzersetzung, insbesondere bei kalten Abgastemperaturen, zu verbessern, werden häufig sogenannte Hydrolysekatalysatoren eingesetzt. Die Harnstoffzersetzung kann zusätzlich verbessert werden, indem diese Katalysatoren nur von einem Teil des gesamten Abgasstroms durchströmt werden – sie werden dann in einem Teilstrom betrieben.

AUS 32 und AdBlue: Der Betriebsstoff im SCR-System

Die im SCR-System eingesetzte Harnstofflösung wird als AUS 32 (Aqueous Urea Solution) oder unter dem Handelsnamen AdBlue bezeichnet. Es handelt sich um eine wässrige Lösung von Harnstoff, die in den Abgasstrom im Auspufftrakt eingedüst wird. Die Lösung ist ein streng standardisiertes Produkt nach DIN 70070 und ISO 22241. Als Ergebnis der chemischen Reaktion mit Stickoxiden entstehen reiner Stickstoff und Wasser. Die SCR-Technologie wird von den meisten großen Herstellern von Baggern, Radladern und anderen Baumaschinen eingesetzt.

SCR-System und DPF: Zwei verschiedene Aufgaben im Abgasstrang

Während das SCR-System gasförmige Stickoxide bekämpft, reduziert der Dieselpartikelfilter (DPF) Rußpartikel im Abgas. Beide Systeme arbeiten häufig im Verbund, um alle reglementierten Schadstoffgruppen nachhaltig zu reduzieren. Das Resultat ist eine optimale, nahezu schadstofffreie Abgasnachbehandlung. Auch mit Bestandsmotoren können EURO-VI, Stage V, neue TA-Luft und IMO Tier III erreicht werden – vorausgesetzt, die Nachrüstung ist technisch machbar.

Einsatzgebiete und Anwendungsbereiche

Die SCR-Technik ist seit mehr als 25 Jahren in verschiedenen Branchen langzeiterprobt. Sie wird eingesetzt auf mobilen Maschinen, Fahrzeugen, Schienenfahrzeugen, Schiffen und stationären Anlagen. Geeignet ist sie sowohl für Diesel- als auch für Gasmotoren, sowohl mobil als auch stationär. Die automatische Steuerung und Funktionsüberwachung gewährleistet eine hohe Reduktionsrate von NO und NO₂. Zu den typischen Anwendungsbereichen gehören Baumaschinen, Gleisfahrzeuge, Schiffe, Blockheizkraftwerke, Generatoren und Notstromanlagen, LKW und Busse, Flurförderfahrzeuge sowie Agrarfahrzeuge.

Kombisystem: Partikelfilter und SCR für umfassende Abgasreinigung

Das SCR-System ist mit einem Partikelfilter kombinierbar. Alle reglementierten Schadstoffgruppen im Abgas können damit nachhaltig reduziert werden. Das Resultat ist eine optimale, nahezu schadstofffreie Abgasnachbehandlung. Auch mit Bestandsmotoren können strenge Normen wie EURO-VI, Stage V, die neue TA-Luft und IMO Tier III erreicht werden. Die Nachrüstung von Baumaschinen mit SCR-Systemen ist eine bewährte Lösung, um ältere Flotten emissions-konform zu halten.