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Unverbrannte Kohlenwasserstoffe

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Akronym: HC-Emissionen; NMOG = Non-Methane Organic Gases

Definition: Kohlenwasserstoffe in Abgasen, die z. B. durch unvollständige Verbrennung oder Spülverluste entstehen

Englisch: unburnt hydrocarbons

Kategorien: Fahrzeuge, Umwelt und Ökologie

Autor: Dr. Rüdiger Paschotta

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 18.04.2015; letzte Änderung: 18.10.2015

Zu den typischen Schadstoffen in den Abgasen vor allem von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren (z. B. Benzinmotoren und Dieselmotoren) gehören diverse unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC); die entsprechenden Emissionen bezeichnet man als HC-Emissionen. Es handelt sich zum Teil um unveränderte Bestandteile des eingesetzten Kraftstoffs, zum anderen Teil aber auch um unvollständig verbrannte (oxidierte) oder anders chemisch umgesetzte Stoffe.

Ursachen der Emission unverbrannter Kohlenwasserstoffe

Es gibt sehr unterschiedliche Ursachen solcher Emissionen:

Unvollständige Verbrennungsprozesse sind eine wichtige Ursache von HC-Emissionen.

Bei Zweitaktmotoren sind HC-Emissionen allein schon aufgrund der Spülverluste ein großes Problem.

Auch Kohlenwasserstoffe aus dem Schmieröl können auf verschiedene Weisen nach außen gelangen.

Der Methanschlupf mancher Gasmotoren ist sehr klimaschädlich.

Verdampfungsemissionen entstehen beispielsweise beim Betanken.

Gesundheitliche und ökologische Effekte von Kohlenwasserstoffen

Manche Kohlenwasserstoffe sind sehr gesundheitsschädlich, andere dagegen harmlos.

Für die menschliche Gesundheit sind verschiedene Kohlenwasserstoffe, die über die Atemluft aufgenommen werden können, in sehr unterschiedlichem Maße schädlich. Besonders gefährlich sind erbgutverändernde und krebserregende Substanzen wie Benzol, welches in wesentlichen (obwohl heute limitierten) Mengen als Bestandteil von Benzin vorkommt und unter ungünstigen Bedingungen auch im Abgas vorhanden sein kann. Auch polyzyklische Kohlenwasserstoffe (PAK) sind äußerst bedenklich. Dagegen gelten diverse Alkane (z. B. Pentan) als harmlos.

Manche Kohlenwasserstoffe wirken auch schleimhautreizend und schädigen auf diese Weise insbesondere die Atemwege.

Motoren emittieren kaum Ozon, tragen jedoch durch die Emission von Kohlenwasserstoffen und Stickoxiden stark zu Ozonbildung in der unteren Atmosphäre bei.

Kohlenwasserstoffe sind wichtige Ursachen des Smogs in Städten mit schlechter Luftqualität. In der Atmosphäre nehmen sie an diversen (oft durch starke Sonneneinstrahlung verstärkten) chemischen Reaktionen (auch mit Stickoxiden) teil, bei denen zum Teil weitere Schadstoffe wie z. B. das aggressive Ozon entstehen. Vor allem auf diese Weise tragen Motoren zu erhöhten Ozonwerten der Atemluft bei, obwohl Ozon in den Abgasen kaum vorhanden ist. Vor allem für Menschen mit bereits vorgeschädigten Atemwegen sind solche Belastungen sehr schädlich.

Wenn Methan in Abgasen vorkommt (praktisch nicht bei Benzin- und Dieselmotoren, aber bei manchen Gasmotoren), ist dies zwar nicht gesundheitlich bedenklich, aber sehr klimaschädlich, da Methan ein sehr hohes Treibhauspotential hat.

Reduktion von HC-Emissionen bei Motoren

Grundsätzlich können HC-Emissionen sowohl durch innermotorische als auch durch außermotorische Maßnahmen reduziert werden. Im ersten Fall geht es darum, die Verbrennungsprozesse im Motor zu optimieren. Besonders wichtige Aspekte sind:

Durch die immer noch übliche Volllastanreicherung treten im Praxisbetrieb von Fahrzeugen häufig sehr viel höhere HC-Emissionen auf, als man aufgrund der Abgasnormen erwarten sollte!

Abgaskatalysatoren können HC-Emissionen sehr wirksam vermindern – aber leider nicht unter allen Umständen.

Bei den außermotorischen Maßnahmen (nachträgliche Abgasbehandlung) ist der Einsatz von Abgaskatalysatoren die heute vorherrschende Methode. (Früher genügte zum Teil das Zusetzen einer gewissen Frischluftmenge zum heißen Abgas, sodass restliche Kohlenwasserstoffe mithilfe des zusätzlichen Sauerstoffs im Abgasrohr nachverbrannt werden konnten.) Die Beseitigung der Kohlenwasserstoffe erfolgt dadurch, dass diese im Katalysator mithilfe von Sauerstoff oxidiert werden. Hierfür muss einerseits noch eine gewisse Menge Sauerstoff im Abgas enthalten sein (was beispielsweise beim Betrieb mit Volllastanreicherung nicht der Fall ist), und andererseits muss der Katalysator eine ausreichend hohe Temperatur erreicht haben (was in der Warmlaufphase erst mit einer gewissen Verzögerung geschieht). Unter günstigen Umständen kann ein Katalysator die HC-Emissionen aber sehr stark reduzieren.

In den Abgasen von Dieselmotoren können Kohlenwasserstoffe auch an feine Partikel angelagert werden und deren Schädlichkeit wesentlich erhöhen. Dieses Problem kann mit Rußpartikelfiltern wirksam bekämpft werden.

HC-Emissionen von Kleinmotoren

Kleinmotoren sind häufig schlimme Dreckschleudern – gerade auch im Hinblick auf Kohlenwasserstoffe.

Kleine Motoren, wie sie beispielsweise in Rasenmähern und Laubbläsern eingesetzt werden, weisen oft sehr hohe HC-Emissionen auf, vor allem soweit es sich um Zweitaktmotoren handelt. Für solche Motoren gelten weitaus weniger strenge Abgasvorschriften als für die Motoren von Autos und größeren Fahrzeugen. Zwar setzen solche Kleinmotoren insgesamt viel geringere Kraftstoffmengen um als Autos und emittieren deswegen entsprechend weniger Abgase. Lokal können aber hohe Belastungen der Atemluft mit gesundheitsschädlichen Kohlenwasserstoffen und auch mit Kohlenmonoxid auftreten. Dies ist vor allem für Arbeiter ein Problem, die sich häufig in den Abgasfahnen solcher Motoren aufhalten müssen.

Verminderung von Verdampfungsemissionen

Die Verdampfung von Kraftstoff ist bei Benzin ein viel größeres Problem als bei Dieselkraftstoff oder gar Schwerkraftstoffen, weil Benzin besonders viele leicht flüchtige Substanzen enthält.

Das Entweichen von Kraftstoffdämpfen beim Tanken ist nach wie vor ein Problem.

Der Kraftstofftank und das gesamte Kraftstoffsystem muss bei heutigen Fahrzeugen so gestaltet sein, dass im Betrieb oder im Stand normalerweise nur sehr geringe Mengen von Kohlenwasserstoffen durch Verdampfung (Verdunstung) in die Luft gelangen können. Hierzu kann auch ein Aktivkohlefilter beitragen, der bei stehendem Fahrzeug die Kraftstoffdämpfe aufnimmt und später im Betrieb dem Motor zuführt. Jedoch werden beim Füllen des Kraftstofftanks die darin befindlichen Kraftstoffdämpfe größtenteils nach außen verdrängt und gelangen dann in die Luft, soweit die Betankungsvorrichtung diese Dämpfe nicht absaugt und einer Wiederverwendung zuführt. Dies bedeutet insbesondere wegen des immer noch nennenswerten Benzolgehalts von Benzin eine gesundheitliche Belastung von Personen, die mit dem Betanken von Fahrzeugen beschäftigt sind.

Natürlich sollten Kraftstoffe – insbesondere leicht flüchtige wie Benzin – immer sorgfältig gelagert werden, sodass möglichst geringe Verdampfungsemissionen auftreten.

Siehe auch: Kohlenwasserstoffe, Abgas, Verbrennungsmotor, Benzol
sowie andere Artikel in den Kategorien Fahrzeuge, Umwelt und Ökologie

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