Beim ersten Anblick des Geräts aus poliertem Stahl geht einem der Gedanke an ein Musikinstrument durch den Kopf. Das Startup-Unternehmen Pemred will mit der Vorrichtung bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren die Filtertechnik optimieren. Die spezielle Form des Rohrs soll es ermöglichen, Kleinstpartikel effizient aus Abgasen herauszufiltern. Das Unternehmen sieht Marktchancen im Hinblick auf die verschärften Euronormen für Abgase bei Verbrennungsmotoren aller Art.
Das Bundesamt für Umwelt BAFU hält die Belastung der Luft mit winzigen Staubteilchen für „eine der grössten Herausforderungen“ in der Luftreinhaltepolitik. Gemäss Studien sind Atemwegs- und Herzkreislauferkrankungen oder Lungenkrebs auch die Folge davon, dass wir zu viele Kleinstpartikel einatmen. Es gilt zudem wissenschaftlich als erwiesen, dass Kleinstpartikel weiter in den Körper vordringen können als grössere Russteilchen. Solche Partikel entstehen in grossen Mengen bei Verbrennungsprozessen in Heizungen und Grosskraftwerken sowie in der Fracht- und Passagierschifffahrt, Verursacher dieser Art von Luftverschmutzung ist aber auch der Individualverkehr.
Entscheidende Entdeckung
Eigentlich beschäftigt sich David Katoshevski im Rahmen seiner Forschungen mit der Optimierung von Verbrennungsmotoren. Mit den Resultaten aus der Aerosol-Forschung beispielsweise lässt sich die Einspritztechnik moderner Verbrennungsmotoren verbessern. Bei Verbrennungsmotoren finden sich in den Abgasen vor allem Kleinstpartikel im Form von nicht verbrannten Schwebeteilchen des Treibstoffs oder Russ. David Katoshevski von der Ben Gurion Universität in Israel entdeckte, dass Russpartikel in bestimmten Situationen kollidieren und dann aneinander kleben bleiben. Diese Erkenntnis war Ausgangspunkt weiterer Forschungen zur Verbesserung der Filtertechnik.
Problembereich Filter
Gas mit Kleinstpartikeln im Nanometerbereich durchströmt einen herkömmlichen Filter. Je kleiner die Partikel sind, die in einen Filter gelangen, desto dichter wird die Ablagerung darin. Ablagerungen im Filter können den Durchfluss von Abgasen vermindern, was im Motor zu Überhitzung und im schlimmsten Fall zum Ausfall führen kann. Kommt hinzu, dass Filter einem durchfliessenden Gasstrom Partikeln derart entziehen müssen, dass sowohl Teilchen im Nanometerbereich (10 hoch minus 9) als auch im Mikrometerbereich (10 hoch minus 6) zurückbehalten werden. Als Vergleich: Ein solcher Filter müsste Teilchen sowohl von der Grösse eines Tennisballs ausscheiden als auch solche von der Grösse eines Hochhauses. Je nach Masse und Grösse reagieren die Partikel nämlich unterschiedlich auf die Geschwindigkeit des Gasflusses. Sind die Teilchen grösser, ist sowohl eine effiziente Filterung als auch der Durchfluss des zu filternden Gases eher gewährleistet.
Wirkung mit spezieller Form: Der Pemred PAI als effiziente Vorrichtung in der Filtertechnik (pemred.ch)
Und genau an diesem Punkt soll die von der Firma Pemred entwickelte Vorrichtung einsetzen. Beim Pemred PAI (Particle Agglomeration Inducer) handelt es sich um ein Stahlrohr, das in der Längsachse regelmässige Auswuchtungen gleichen Durchmessers aufweist. Die Form des von Pemred entwickelten Rohrs nutzt das Prinzip der stehenden Geschwindigkeitswelle („Standing Wave“). Gemäss Pemred-CEO Avigdor Luttinger handelt es sich um einen „virtuellen Filter“, der einem Gasstrom zwar keine Partikel entzieht, aber Schwebstoffe dazu bringt, die Kleinstpartikel zu grösseren Konglomeraten zu vereinen.
Die Verdichtung und Gruppierung von Kleinstpartikeln (Investiere.ch)
Dadurch lässt sich eine grössere Anzahl von Kleinstpartikeln herauszufiltern und gleichzeitig die Nutzungsdauer der Filter erhöhen. „Wir sehen den Pemred PAI als eine Ergänzung der Filtertechnik“, sagt Avigdor Luttinger. Denn Autohersteller stehen bei der Filtertechnik vor verschiedenen Herausforderungen. Entweder setzen sie kräftigere Filtertechniken ein, was die Fahrzeuge teurer macht, oder sie können bestehende Arten von Filtern optimieren. Zudem müssen Neuwagen schon bald schärfere Abgasnormen erfüllen.
Strengere Euronorm
Bei der Filterung von Kleinstpartikeln setzt die Euronorm 5 den Grenzwert für Kleinstpartikel bei 5 Milligramm pro Kilometer. Neu soll dieser Grenzwert auf 4.5 Milligramm pro Kilometer gesenkt werden. Da die Kleinstpartikel eine geringe Masse aufweisen, haben Änderungen beim Gewicht als Grenzwert relativ wenig Einfluss auf die Emission von Partikeln. Grundsätzlich will der Regulator die Anzahl der ausgestossenen Nanoteilchen verringern. Ab 2017 soll bei benzinbetriebenen Neuwagen neben dem Gewicht auch die Anzahl der ausgestossenen Partikel einer Norm unterliegen.
Patent für ein Vorfilter
Das von Pemred entwickelte Produkt muss für jeden Motorentyp spezifisch konfiguriert werden. Deshalb hat die Vorrichtung beispielsweise je nach Motor eine unterschiedliche Länge. Die Pemred-Technik soll in einer ersten Phase bei Neuwagen zum Einsatz kommen. Für den europäischen Markt hat das Unternehmen bereits Patentschutz erhalten, jener für die USA ist noch in Prüfung, nicht jedoch für Asien. Wegen der strengeren Abgasvorschriften in Europa – gemäss Avigdor Luttinger werden solche in den USA wahrscheinlich auch eingeführt– kommen allerdings japanische und koreanische Automobilhersteller ohnehin nicht darum herum, neuste Filtertechnik einzusetzen. Angesprochen auf die mögliche Gefahr, dass Konkurrenten ein ähnliches Produkt auf den Markt bringen könnten, winkt Luttinger ab. „Damit der Pemred PAI die Funktion erfüllen kann, sind umfangreiche Abstimmungen und Messungen sowie Adaptionen auf die jeweiligen Motorentypen notwendig“, sagt Luttinger. Deshalb sei Pemred überzeugt, auf diesem spezifischen Gebiet der Filtertechnik einen gewissen Wissensvorsprung zu haben.
Grundsätzlich lassen sich gemäss Avigdor Luttinger die Filter bei allen Arten von Verbrennungsmotoren optimieren. Neben der Bestückung von Neuwagen gebe es bei der Nachrüstung von bereits genutzten Fahrzeugen viel zu tun. Da die Lebensdauer von Bussen und Lastwagen viel länger ausgelegt ist als jene von Personenwagen, sieht Luttinger auch bei diesen Fahrzeugen Einsatzmöglichkeiten – und einen grossen Markt. „Auch bei einer strengeren Abgasnorm werden alte Fahrzeuge nicht einfach aus dem Verkehr gezogen“, meint Luttinger. Zudem gebe es in vielen Städten sogenannte LEZ (Low Emission Zone), in denen tiefere Grenzwerte gelten, was oft eine Nachrüstung erforderlich mache.
Test bisher positiv verlaufen
Momentan wird die neuartige Vorrichtung noch umfangreichen Tests unterzogen, durchgeführt in Zusammenarbeit mit zwei Autohersteller und mit dem Institut für Thermodynamik der Berner Fachhochschule in Biel. Im Oktober 2012 erfolgten bereits Tests an Personenwagen, im Dezember bei einem Lastwagen. „Den Beweis, dass das System funktioniert, haben wir erbracht“, sagt Avigdor Luttinger. In der jetzigen Phase des Projekts geht es gemäss Luttinger noch um Optimierungen, wobei die Messungen und Tests noch bis Ende dieses Jahres weitergeführt werden sollen. Für zusätzliche Tests und die Feinjustierung benötigt Pemred noch Kapital. „Priorität haben Investitionen in den aktuellen Projekten “, sagt Luttinger. Der Plan sehe vor, im Verlaufe des Jahres 2014 erste Serien von Neuwagen auszurüsten. Rückmeldungen aus Fachkreisen anlässlich der NCP-Konferenz an der ETH seien positiv verlaufen. Mehrere weitere Autohersteller zeigen laut Luttinger Interesse am Einsatz des Pemred-PAI.
Um den Ausstoss von Kleinstpartikeln im Nanometerbereich zu verringern, hat die Industrie bereits verschiedenste Techniken ausprobiert. Erfolglos blieben Versuche mit akustischen Wellen oder mit zentrifugalen Kräften, ebenfalls nicht zum Ziel führten Ansätze auf Basis der Elektrostatik oder der Strömungstechnik.
Produktion in Europa
Die erste Finanzierungsrunde soll gemäss Luttinger gegen Ende August abgeschlossen sein. Er zielt, bis dann etwa vierhunderttausend Franken zusammen zu bringen. Möglich machen soll dies auch das Crowd-Funding-Portal Investiere.ch. Rund die Hälfte des Betrags sei bereits gesichert.
In einer nächsten Phase benötigt Pemred laut Luttinger nochmals rund CHF 1.5 Millionen für den Betrieb der Firma und als eine Art „Handlungsreserve“. Denn Pemred will es vermeiden, zu eng mit einem bestimmten Automobilhersteller zusammenzuarbeiten. „Strategisch wollen wir keine exklusive Beziehung“, sagt Luttinger. Man wolle nicht, dass ein Hersteller plötzlich eine exklusive Nutzung der Pemred-Technik fordern könnte. Allerdings hofft er, später auch strategische Partner aus der Industrie sowie professionelle Investoren für das Projekt gewinnen zu können. Trotz sehr günstigen Angeboten aus China mit rekordtiefen Herstellkosten will Pemred dem Vernehmen nach in Europa produzieren. Deshalb akzeptiere man auch höhere Stückkosten bei der Produktion. Die Herstellung des Pemred PAI soll mittels Hydroformung erfolgen, eine Technik, bei der es in der Zuliefererindustrie momentan Überkapazitäten gibt. Dies sei wichtig bei der Suche nach Produktionspartnern und im Hinblick auf eine mögliche Ausweitung der Stückzahlen.
Im Gegensatz zur Technik sieht Luttinger weniger Herausforderungen bei der Vermarktung des Pemred-PAI. Insgesamt sei die Zahl der Automobilhersteller oder der spezialisierten Zulieferer überblickbar. Zudem sitzen ehemalige Manager von Zulieferern für die Automobilindustrie im Verwaltungsrat von Pemred, gibt sich Luttinger optimistisch.
Unter diesem Link finden Sie auch eine Video mit weiteren Erläuterungen:
Quelle: investiere.ch