Der Diesel ist tot, es lebe der Benziner. So oder ähnlich könnte man die aktuelle Situation am deutschen Automarkt beschreiben. Während die Selbstzünder langsam, aber sicher zu Auslaufmodellen werden, stieg der Absatz benzinbetriebener Personenwagen in den ersten acht Monaten dieses Jahres um rund zwölf Prozent gegenüber 2016. Der Abgasskandal zeigt Wirkung: Anders als Dieselautos haben Benziner kein Stickoxidproblem, ihre Besitzer müssen somit auch keine Fahrverbote befürchten. Katalysator sei dank.

Doch ein Saubermann ist der Benziner deshalb keineswegs. Ottomotoren haben nämlich ein prinzipbedingtes Handicap, das von der Automobilindustrie gerne verschwiegen wird: den Kaltstart. Darauf machen Umweltforscher jetzt aufmerksam. An der University of California fanden Greg Drozd und sein Team heraus, dass manche Motoren nach dem Kaltstart innerhalb einer halben Minute mehr Schadstoffe emittieren als bei einer rund 500 Kilometer langen Überlandfahrt – trotz Katalysator. Zu ähnlichen Resultaten kamen Ende letzten Jahres auch die Wissenschaftler der Eidgenössischen Materialprüfungsanstalt (Empa) in der Schweiz. Sie stellten fest, dass der Ausstoß von Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffen (CH) in der Kaltstartphase eines Benzinmotors bis zu 10.000-mal größer ist als im normalen Fahrbetrieb.

Anders gesagt: Rund 70 Prozent der CO- und etwa 90 Prozent der CH-Emissionen eines benzinbetriebenen Personenwagens werden laut Empa in den ersten Minuten nach dem Kaltstart gemessen.

Für dieses Umweltproblem gibt es zwei Gründe: Zum einen gelangt ein Großteil des Kraftstoffs nicht in die Zylinder, weil er vorher bereits an den kalten Saugrohren kondensiert. Die Motorelektronik kompensiert diesen Effekt, indem sie in der Warmlaufphase größere Spritmengen einspritzt als eigentlich notwendig wären. Man spricht von "Kaltstartanreicherung". Sie schützt den Motor, verursacht aber auch eine deutlich größere Schadstoffbildung.

Die Warmlaufphase verkürzen

Der zweite Negativeffekt betrifft den Katalysator: Ausgerechnet in der Phase, wenn die meisten Schadstoffe entstehen, ist der Abgasreiniger nicht einsatzbereit. Dazu benötigt er nämlich eine Betriebstemperatur von 200 bis 300 Grad Celsius, die aber erst nach rund drei Minuten erreicht wird. In dieser Zeit strömen also große Mengen schadstoffhaltiger Abgase durch den Auspuff, die nicht entgiftet werden können.

Besonders tückisch sind dabei vor allem die sogenannten PAK-Verbindungen – polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe, deren krebserzeugende Wirkung seit Jahrzehnten bekannt ist. Hinzu kommen andere organische Verbindungen, die Wissenschaftler als "Vorläufergase" bezeichnen, weil sie sich in der Atemluft chemisch verwandeln und mikroskopisch kleine Partikel bilden. Umweltforscher sprechen deshalb vom "sekundären Feinstaub"; er ist ebenso gesundheitsschädlich wie jene Staubteilchen, die direkt – also primär – aus den Auspuffrohren der Autos strömen.

Die hohen Kaltstartemissionen betreffen nicht nur Millionen Benzin-Pkw, auch moderne Hybridmodelle haben diesbezüglich ein Problem. Weil deren Antriebssystem im Kurzstreckenverkehr regelmäßig auf den Elektromotor umschaltet, kühlen Verbrennungsmotor, Auspuffanlage und Katalysator ab und erreichen deshalb oft die erforderliche Betriebstemperatur nicht. Startet der Benziner dann unterwegs wieder, strömen für gewisse Zeit schadstoffhaltige Abgase ebenso ungehindert durch den Katalysator wie nach dem Kaltstart.

Neu sind die Erkenntnisse der Umweltforscher über das Kaltstartproblem der Benzinmotoren freilich nicht. Die Automobilindustrie kennt dieses Thema seit es Katalysatoren gibt. Wirksame Maßnahmen hat man dagegen aber bisher nicht entwickelt. Zwar setzen manche Hersteller teure Metallkatalysatoren ein, die sich schneller erwärmen als herkömmliche Abgasreiniger aus Keramik, doch so viel Hightech unter dem Fahrzeugboden gibt es nur bei wenigen, meist PS-starken Modellen.

Trotzdem machen sich Wissenschaftler und Ingenieure Gedanken, wie die Warmlaufphase der Motoren verkürzt und die Wirksamkeit der Katalysatoren nach dem Kaltstart der Motoren verbessert werden kann. Zum Beispiel in der Schweiz: Im Rahmen eines vom dortigen Bundesamt für Umwelt geförderten Projekts entwickeln Forscher der Universität Lugano und der Materialprüfungsanstalt Empa einen vollkommen neuen Katalysatortyp, dessen Innenleben nicht aus einem Monolithen mit geradlinigen Kanälen, sondern aus einem schaumförmigen Keramiksubstrat besteht. Dessen offenporige Struktur setzt sich aus Tausenden würfelförmiger Elemente zusammen und bewirkt eine starke Verwirbelung der Abgase, die dadurch einen intensiveren Kontakt mit den katalytisch wirksamen Edelmetallen haben. Die Effekte: schnellere Erwärmung und bessere Schadstoffumwandlung.