Dieselabgase zählen zu den größten Quellen von Stickoxiden und Rußpartikeln im Verkehr und in der Industrie. Eine internationale Auswertung zahlreicher Studien beschreibt nun einen verblüffend einfachen Weg, diese Emissionen massiv zu senken, ohne dass Motoren umgebaut werden müssen. Der Schlüssel liegt ausgerechnet in einem Stoff, der eigentlich als Feind jedes Kraftstoffsystems gilt. Bei der Verbrennung des ungewöhnlichen Gemischs kommt es zu einem Effekt, der den Kraftstoff feiner verteilt als jede Einspritzdüse allein. In Versuchen sanken zentrale Schadstoffe dadurch um deutlich mehr als die Hälfte.
Dieselmotoren treiben weltweit Lastkraftwagen, Landmaschinen, Baufahrzeuge, Schiffe, Lokomotiven und Notstromaggregate an. Sie gelten als robust, langlebig und effizient, weshalb sie in vielen Branchen auf absehbare Zeit unverzichtbar bleiben. Zugleich gehört ihr Abgas zu den problematischsten Emissionsquellen überhaupt. Bei der Verbrennung von Dieselkraftstoff entstehen Stickoxide, die zur Bildung von Smog und bodennahem Ozon beitragen und die Atemwege schädigen können, sowie feine Rußpartikel, die tief in die Lunge eindringen. Die Weltgesundheitsorganisation stuft Dieselabgase seit Jahren als krebserregend ein. Abgasnachbehandlungen wie Katalysatoren und Partikelfilter reduzieren die Belastung zwar erheblich, sie machen Fahrzeuge aber teurer, komplexer und wartungsintensiver. Gerade in Regionen mit schwächeren Umweltauflagen laufen zudem Millionen älterer Motoren weitgehend ungefiltert, sodass einfache und kostengünstige Lösungen dringend gesucht werden.
Die Forschung verfolgt deshalb parallel mehrere Strategien, um die Verbrennung selbst sauberer zu machen, statt Schadstoffe erst nachträglich aus dem Abgas zu holen. Dazu zählen synthetische Kraftstoffe, Biokraftstoffbeimischungen und Umrüstungen, bei denen etwa Dieselmotoren größtenteils mit Wasserstoff betrieben werden. Viele dieser Ansätze erfordern jedoch neue Infrastruktur, angepasste Motoren oder teure Rohstoffe, was ihre schnelle Verbreitung bremst. Ein Forscherteam der Federal University of Technology Owerri in Nigeria hat nun den weltweiten Forschungsstand zu einer Technik ausgewertet, die ohne all das auskommt. Sie setzt auf Wasser im Diesel, also auf winzige Wassertröpfchen, die direkt in den Kraftstoff eingemischt werden. Was zunächst nach einem sicheren Motorschaden klingt, entpuppt sich in der Auswertung als bemerkenswert wirksames Konzept mit einem physikalisch eleganten Mechanismus.
Bei der untersuchten Wasser-in-Diesel-Emulsion werden mikroskopisch kleine Wassertröpfchen mithilfe von Tensiden gleichmäßig im Kraftstoff verteilt. Diese oberflächenaktiven Substanzen wirken als Stabilisatoren und verhindern, dass sich Wasser und Diesel wieder voneinander trennen. Wie die im Fachjournal Carbon Research veröffentlichte Übersichtsarbeit zeigt, bleiben richtig formulierte Emulsionen bis zu 60 Tage stabil und lassen sich wie gewöhnlicher Kraftstoff tanken und einspritzen. Der entscheidende Effekt tritt im Brennraum auf. Wenn das Gemisch gezündet wird, verdampfen die eingeschlossenen Wassertröpfchen schlagartig und dehnen sich dabei explosionsartig aus. Diese Mikroexplosionen zerreißen die umgebenden Kraftstofftropfen in deutlich feinere Tröpfchen, als es die Einspritzdüse allein vermag. Der fein zerstäubte Diesel vermischt sich dadurch wesentlich besser mit dem Sauerstoff der Ansaugluft, was eine vollständigere und gleichmäßigere Verbrennung ermöglicht.
Die Auswertung der internationalen Studienlage ergab beeindruckende Zahlen. Weil das verdampfende Wasser zugleich die Spitzentemperaturen im Brennraum senkt, entstehen deutlich weniger Stickoxide, die bevorzugt bei sehr heißer Verbrennung gebildet werden. In den ausgewerteten Experimenten gingen die Stickoxidemissionen um bis zu 67 Prozent zurück. Der Ausstoß von Ruß und anderen Feinpartikeln sank durch die vollständigere Verbrennung um bis zu 68 Prozent gegenüber reinem Dieselkraftstoff. Bemerkenswert ist, dass der Wirkungsgrad der Motoren dabei nicht litt, mehrere Untersuchungen berichteten sogar von einem leicht verbesserten thermischen Wirkungsgrad und geringerem Kraftstoffverbrauch. Da die Emulsion in herkömmlichen Dieselmotoren ohne konstruktive Änderungen funktioniert, unterscheidet sich der Ansatz grundlegend von den meisten anderen Sauberkeitstechnologien, die neue Bauteile, andere Motoren oder eine eigene Versorgungsinfrastruktur voraussetzen. Genau diese Kombination aus großer Wirkung und minimalem Umrüstaufwand macht das Konzept nach Einschätzung der Autoren so attraktiv.
Besonders interessant ist die Technik überall dort, wo Dieselmotoren noch lange im Einsatz bleiben werden, etwa im Schwerlastverkehr, in der Landwirtschaft, auf Baustellen, in der Schifffahrt und bei Notstromaggregaten. Auch in Deutschland, wo weiterhin Millionen Dieselfahrzeuge zugelassen sind, könnte eine sauberere Verbrennung die Luftqualität in Städten und an vielbefahrenen Straßen spürbar verbessern. Die Autoren benennen allerdings auch offene Fragen. Die Langzeitstabilität der Emulsionen, die Auswahl kostengünstiger und umweltverträglicher Tenside, mögliche Korrosionseffekte im Kraftstoffsystem und einheitliche Qualitätsstandards müssen noch genauer untersucht werden, bevor die Technik flächendeckend eingesetzt werden kann. Die Übersichtsarbeit reiht sich damit in eine wachsende Zahl von Ansätzen ein, die Verbrennungsmotoren übergangsweise sauberer machen sollen, ähnlich wie ein alkoholhaltiger Diesel aus deutscher Entwicklung, der Feinstaub und CO₂-Emissionen deutlich verringert. Für Industrien, die vorerst auf Diesel angewiesen bleiben, könnte ein Schuss Wasser im Tank damit einen unerwartet schnellen Weg zu sauberer Luft eröffnen.
Carbon Research, Advancements in diesel emission reduction strategies: a focus on water-in-diesel emulsion technology; doi:10.1007/s44246-025-00210-y