Das Rennsportunternehmen HWA ist bisher eher für 850-PS-Motoren bekannt als für Öko-Projekte. Nun hat es eine Technologie angeschoben, die gesundheitsschädlichen Ultrafeinstaub deutlich zurückdrängen könnte.
Je kleiner die Partikel, desto größer die Gefahr. 700 Ultrafeinstaub-Partikel müsste man nebeneinanderlegen, damit sie zusammen so lang sind wie der Durchmesser eines menschlichen Haares. Dabei handelt es sich bei diesen winzigen Teilchen mit einem Durchmesser von 100 Nanometern noch um die größten Partikel, die unter den Begriff des Ultrafeinstaubs fallen. Sie können noch wesentlich kleiner ausfallen und sind dann noch schädlicher. Beim Einatmen gelangen sie tief in die Atemwege, können sich dort ablagern und durch die Lungenbläschen ins Blut gelangen, wo sie mit jedem Herzschlag weiter verteilt werden.
Während für viele Stoffe längst strenge Grenzwerte festgelegt wurden, ist der Ultrafeinstaub bislang kaum reguliert. Doch das könnte sich bald ändern. Die künftigen Euro-7-Regeln, die die EU in Kürze vorstellen will, könnten vorsehen, dass beim Auto nicht mehr nur der Feinstaubausstoß des Motors begrenzt wird, sondern auch die Emissionen durch den Abrieb von Reifen und Bremsen, die ebenfalls zu einem guten Teil aus Ultrafeinstaub bestehen.
Diesmal ohne Feinstaubalarm
Geht es nach Timo Kresse, Manager beim Rennsport- und Ingenieurunternehmen HWA in Affalterbach, wird die Autobranche dieses Mal besser vorbereitet sein, wenn die Vorgaben verschärft werden. In einem Projekt unter der Leitung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Stuttgart entwickelten die HWA-Ingenieure das Fahrzeugkonzept ZEDU-1, dessen Name dem abgekürzten englischen Begriff für Null-Emissions-Antriebseinheit entspricht. Es soll den Feinstaub durch den Abrieb von Bremsbelägen und Autoreifen drastisch vermindern. Strengere Grenzwerte für Luftschadstoffe ließen sich dann umsetzen, ohne dass wieder Feinstaubalarm und Fahrverbote ausgerufen werden.
Der Name HWA steht für den Unternehmensgründer Hans-Werner Aufrecht, der auch das Automobilsportunternehmen AMG mitgegründet hat. Rennsport, Hochleistungsfahrzeuge und -motoren sind ist dessen Spezialität. Zum Stolz des Unternehmens zählt der Pagani-V-12-Hochleistungsmotor – eine Rennmaschine mit 850 PS. Feinstaubreduzierung brachten bisher die wenigsten mit HWA in Verbindung.
Doch auch im Rennsport werden die Regeln verschärft, teilweise wollen Hersteller auch selbst punkten. „Die Idee zum ZEDU-1 kam von dem Vorhaben, ein emissionsfreies Fahrzeug für den Rennsport zu entwickeln“, sagt der 44-jährige Ingenieur. „Bei der Entwicklung wurde uns schnell klar, dass das, was wir hier tun, auch für die Straße hochrelevant ist.“ Auch für Elektrofahrzeuge.
Auch E-Auto verursacht Feinstaub
Diese gelten als lokal emissionsfrei, weil sie keinen Auspuff haben, der Schadstoffe in die Umwelt abgeben könnte. „Doch Feinstaubemissionen verursacht das E-Auto sehr wohl“, sagt Kresse. „Der Abrieb der Bremsscheiben und der Reifen ist auch bei einem Elektroauto vorhanden.“ Diese seien nach wie vor ein wesentlicher Treiber der Partikel-Emissionen, vor allem in den Innenstädten. Während Reifenabrieb bei Regen über die Kanalisation in den Wasserkreislauf gelangt und ihn mit Mikroplastik belastet, besteht Bremsstaub nach Angaben des DLR zu 90 Prozent aus ultrafeinen Partikeln.
HWA tat sich mit dem DLR zusammen, das unter anderem auf das Messen von Emissionen spezialisiert ist. Heraus kam ein Projekt, das vom Wirtschaftsministerium des Landes mit sechs Millionen Euro gefördert wird und Feinstaubemissionen von Autos stark verringern könnte. ZEDU-1 sei „im Betrieb das umweltfreundlichste Straßenfahrzeug der Welt“, erklärt Projektleiter Franz Philipps vom DLR.
Feinstaub verschwindet zum größten Teil
Das Fahrzeug ist elektrisch und schon von außen leicht von anderen Fahrzeugen zu unterscheiden, denn die Räder sind fast vollständig eingekapselt. Diese Ummantelung, die nur zur Straße hin offen ist, wird benötigt, damit die Partikel, die beim Fahren vom Reifen abgerieben werden, nicht länger in alle Himmelsrichtungen davongeweht werden. Stattdessen ist die Einhausung der Räder aerodynamisch so geformt, dass beim Fahren ein Unterdruck entsteht, der dazu führt, dass sich der Reifenabrieb an einer bestimmten Stelle sammelt, erklärt das DLR die Funktionsweise. Eine Lüftereinheit in der Frontpartie, gefertigt aus wiederverwertbarem Flachs, saugt die Partikel ab und schickt sie durch ein Filtersystem, ähnlich wie bei einem Staubsauger. So tritt ausschließlich gereinigte Luft aus dem Fahrzeug aus. Messungen auf dem Rollenprüfstand des DLR und auf einer Teststrecke in Boxberg ergaben, dass der Reifenabrieb bei einer Geschwindigkeit bis 50 Stundenkilometer vollständig und bei höheren Geschwindigkeiten zu 70 bis 80 Prozent abgesaugt wird.
Allerdings erfordert diese Anlage weitreichende Veränderungen am Fahrzeug. Die Einhausung ist nur möglich, wenn die hinter der Felge sitzende Scheibenbremse verschwindet. Denn sie muss durch den Fahrtwind gekühlt werden, der wegen des Gehäuses aber nicht mehr zur Verfügung steht. Deshalb bekommt das Getriebe des Fahrzeugs eine eigene Bremse, die die Scheibenbremse ersetzt und komplett ohne Feinstaubemissionen arbeitet.
Wie eine Kupplung, nur umgekehrt
In das Getriebe wird eine Lamellenbremse eingebaut, bei der Metallscheiben, die mit Karbon beschichtet sind und sich mit den Rädern drehen, an anderen Metallscheiben vorbeigleiten, die fest mit dem Gehäuse des Getriebes verbunden sind. Beim Bremsen werden diese Scheiben gegeneinander gedrückt, was die Drehung der Scheiben und damit auch der Räder verlangsamt. „Im Prinzip funktioniert das wie eine Kupplung – nur wird das Fahrzeug hier nicht beschleunigt, sondern abgebremst“, so Kresse.
Der Feinstaub, der bei der Reibung der beiden Scheiben entsteht, bleibt in dem geschlossenen Gehäuse und wird von dem Öl, das dort zu Kühl- und Schmierungszwecken zirkuliert, gebunden. Beim nächsten Wechsel von Öl und Filter kann der Schadstoff, der ansonsten teilweise eingeatmet worden wäre, entsorgt werden. ZEDU-1 sei ein absoluter Prototyp, erklärt Projektleiter Philipps. In diesem Fahrzeug seien alle Komponenten neu entwickelt.
Bis ein solches Auto in Serie gehen kann, dauert es noch. Hersteller und Zulieferer hätten sich bereits über die Technologie informiert, sagt Kresse. Um sie serienreif zu machen, sei aber noch Entwicklungsarbeit notwendig, die nicht Gegenstand des Projektes war. So brauche man Verfahren für eine wirtschaftliche Produktion. Auch fehle es bislang an gesetzlichen Regeln, die es erlaubten, diese Bremse für so hohe Bremsleistungen einzusetzen. Das aber macht Kresse nicht bange. „Als Forscher sind wir ja dazu da, in die Zukunft zu schauen und auszuprobieren, was einmal möglich sein wird.“
Technologie soll auf die Straße
Die Technologie auf die Straße zu bringen ist auch dem Wirtschaftsministerium wichtig. Man habe nun mögliche Maßnahmen erarbeitet, um die vom Gesetzgeber in naher Zukunft verlangten Emissionsziele erreichbar zu machen, erklärte Wirtschaftsministerin Nicole Hoffmeister-Kraut (CDU). Nun sei es „Aufgabe der Industrie, zeitnah diese Technologien in einen Serienstand zu überführen“. In Kombination mit Energie aus erneuerbaren Quellen könne somit „die Mobilität der Zukunft auf der Straße nahezu komplett emissionsfrei werden“.
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