- Rußoxidation erfolgt schnell und vollständig erst bei ca. 600 °C.
- Bei 360–400 °C sind die Oxidationsraten gering und Regeneration unvollständig.
- NO2 ermöglicht passive Regeneration bei niedrigeren Temperaturen als O2.
- Kinetik begrenzt Rußoxidation; Verweilzeit im Filter verlängert Regeneration.
Die thermische Regeneration von Dieselpartikelfiltern umfasst die Oxidation von Feststoffpartikeln und deren Umwandlung in gasförmige Produkte, vorzugsweise durch Umwandlung in CO2. Je nach FAP-Systemdesign und Betriebsbedingungen des Motors (Abgastemperatur) kann die Oxidation des Kohlenstoffs im Dieselkohlenstoff durch Reaktionen mit Sauerstoff oder Stickstoffdioxid erfolgen.
Sauerstoff ist in den Dieselabgasen in fast allen Betriebsbedingungen in ausreichender Konzentration vorhanden. Jedoch sind relativ hohe Temperaturen erforderlich, um mit O2 merkliche Regenerationsgeschwindigkeiten zu erzielen. Die regeneration mit Sauerstoff wird hauptsächlich in aktiven FAP-Systemen beobachtet.
Die Regeneration mit Stickstoffdioxid kann bei niedrigeren Temperaturen als die Regeneration mit Sauerstoff erfolgen. Allerdings müssen die NO2-Konzentrationen erhöht werden, was in der Regel durch katalytische Oxidation von NO erfolgt (d. h. durch Erhöhung des NO2:NO-Verhältnisses in den NOx). Die Oxidation von Ruß durch NO2 ist der dominierende Mechanismus der passiven FAP-Regeneration.
Andere, aktivere Oxidationsmittel sind ebenfalls möglich. Ozon wurde als ein Dieselruß-Oxidationsmittel vorgeschlagen, das eine Regeneration bei noch niedrigeren Temperaturen als mit NO2 ermöglichen könnte. Zur Verwendung von Ozon für die Regeneration wäre ein Ozon-Generator an Bord erforderlich.
Die Geschwindigkeit der thermischen Regeneration wird durch die Kinetik der Rußoxidation begrenzt. Die Oxidationsgeschwindigkeit von Ruß ist erheblich niedriger als die Oxidationsgeschwindigkeit der gasförmigen Abgas-Schadstoffe, wie Kohlenmonoxid. Dies ist einer der Gründe, warum die Kohlenstoffpartikel in Katalysatoren nicht oxidiert werden, die relativ kurze Verweilzeiten der Partikel gewährleisten. Die Rußoxidation erfordert Dieselfilter, die die Verweilzeit durch physikalische Partikelerfassung verlängern.
Dieselruß-Oxidation
Bei niedrigen Temperaturen (360 °C, 400 °C) sind die Oxidationsgeschwindigkeiten sehr gering und die FAP-Regeneration ist unvollständig. Erst bei Temperaturen von etwa 600 °C kann der Ruß schnell und vollständig oxidiert werden. Bei einer bestimmten Temperatur ändert sich die Oxidationsgeschwindigkeit mit der Menge an Ruß im Probenmaterial. Dieses Verhalten wird auch in Dieselfiltern beobachtet, die sich schneller regenerieren, wenn die Rußbeladung höher ist.
