Katalysator

Abgaskatalysator Gliederung: 1. Was ist ein Katalysator und wozu braucht man ihn?

2. Was passiert im Katalysator?
3. Aufbau des Dreiwegekatalysators

1. Was ist ein Katalysator und wozu braucht man ihn? - Definition: Unter einem Katalysator versteht man im allgemeinen einen Stoff, der eine chemische Reaktion beschleunigt, ohne dabei selber verbraucht zu werden. - Die Luftverschmutzung nimmt von Jahr zu Jahr beträchtlich zu, daß Auto ist dabei neben wachender Industrie und Städte ein wichtiger Faktor à 60 % der Waldflächen sind in Deutschland bereits geschädigt. - Ein Abgaskatalysator dient dazu, die Abgase aus z.B. einem Automotor nachzubehandeln bzw. umweltverträglicher zu machen, sprich, Schadstoffe zu reduzieren. - Im Katalysator werden Überreste des Benzin verbrannt, sowie die enthaltenen Kohlenwasserstoffe, Stickstoffoxide und Kohlenmonoxid bis zu 90 % abgebaut.


2. Was passiert im Katalysator? - Bei einer optimalen Verbrennung des Benzine, entstehen vorwiegend Kohlendioxid und Wasserdampf. Hinzukommen zu einem gewissen Anteil Stickstoffoxide und Kohlenmonoxid . Unverbranntes Benzin gelangt mit den Abgasen auch in die Umwelt. - Kohlenmonoxid sowie Kohlenwasserstoffe werden im Katalysator oxidiert, Stickstoffmonoxid reduziert. Die auf Abbildung -1- zu sehenden chemischen Reaktionen ergänzen sich bei Oxidation und Reduktion gegenseitig. Sie verlaufen voneinander abhängig. - Die Abgaszusammensetzung muß im stöchiometrischen Bereich liegen, um eine gleichzeitige Minderung der Schadstoffe zu erzielen. - Um das zu erreichen, ist ein annähernd konstantes Luft-Kraftstoff-Gemisch bei allen Lastzuständen des Motors nötig, was mit einer einfachen Gemischsteuerung nicht zu erreichen wäre. - Ein geschlossener Regelkreis wird benötigt. Dieser soll sicherstellen, daß permanent die richtige Menge Sauerstoff für die Verbrennung zugeführt wird. - Mit einem neuartigen Sauerstoffsensor, der Lambda-Sonde (l-Sonde), hatte man nun einen sogenannten "geregelten Kat.\" Gebaut. - Lambda ist eine Luftverhältniszahl und gibt an, wie weit der theoretische Luftbedarf erreicht ist. - l=zugeführte Luftmenge/theoretisch benötigte Luftmenge - Ist l< 1 (fettes Gemisch -wenig Sauerstoff) so sind im Abgas hohe Anteile an CO und CxHy vorhanden. - Ist l>1 (mageres Gemisch) steigt der NOx Anteil stark an. - Ein optimaler Zustand ist erreicht, wenn l»1 ist. - Die gleichzeitige Umwandlung der drei Schadstoffkomponenten in Verbindung mit der geregelten Gemischbildung stellt der sogenannte Dreiwegekatalysator dar. Er gilt zur Zeit noch als wirksamstes Abgasreinigungssystem.

3. Aufbau des Dreiwegekatalysators - Für die katalytische Abgasnachbehandlung werden Edelmetalle wie z.B. Platin und Rhodium verwendet. Durch ein Herabsetzen der Reaktionsgeschwindigkeit können die Reaktionen also schon bei wesentlich niedrigeren Temperaturen ablaufen. - Der Trägerkörper ist wabenförmig und besteht entweder aus gewickelter Metallfolie oder aus einer Keramikmasse (siehe Abbildung 2). - Er wird mit einer Edelmetallmischung, meistens aus Platin und Rhodium, im Verhältnis 5:1 beschichtet. - Die Beschichtungsmenge ist ziemlich dünn, beträgt 40-50 g/ft3 (1 foot =0,3 Meter). - Zur Oberflächenvergrößerung, wird eine Zwischenschicht aufgetragen, welche die Oberfläche vergrößert. - Durch das Platin werden vor allem die Oxidationsvorgänge unterstützt und durch das Rhodium die Reduktion der Stickstoffoxide.