Katalysator


Aufbau eines Katalsators Drei-Wege-Katalysator beim Otto-Motor Oxidationskatalysator beim Dieselmotor
Ein Katalysator ist im chemischen Sinn ein Reaktionsbeschleuniger. Er senkt die notwendige Aktivierungsenergie ab und erhöht die Reaktionsgeschwindigkeit, ohne selbst zu reagieren oder sich selbst zu verbrauchen. Im Auto dient er der Senkung der Schadstoffemissionen und wird sowohl bei Benzin- als auch Dieselmotoren verbaut. Der Katalysator ist per se kein Filter, sondern ein integrales Bestandteil der Abgasanlage. In einem thermochemischen Prozess werden die Schadstoffe Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffe (Hm Cn) und Stickoxide (NOX ) in unschädliche Bestandteile umgewandelt, nämlich Kohlendioxid (CO2), Stickstoff (N2) und Wasser (H2 0).

Aufbau eines Katalsators

Bei einem Katalysator kommt es drauf an, eine große Fläche mit katalytischem Material zu haben, damit möglichst viele Abgasteilchen darauf reagieren können. Erreicht wird dies innerhalb eines Edelstahlgehäuses durch einen metallischen oder keramischen Wabenkörper mit vielen Kanälen (mehr als 6.000) und einer rauen Trägerschicht. In diese Schicht werden Edelmetalle wie Rhodium, Platin oder Palladium eingelagert, die als katalytische Metalle die Reaktion beschleunigen und die Abgase reinigen. Allein durch die poröse Trägerschicht in den Kanälen vergrößert sich die Oberfläche um den Faktor 7.000. An eigentlicher Katalysator-Masse werden nur ein bis zwei Gramm der genannten Edelmetalle benötigt.

Drei-Wege-Katalysator beim Otto-Motor

Beim Benzinmotor kommt der sogenannte geregelte Drei-Wege-Katalysator zum Einsatz. Dabei werden giftige Kohlenwasserstoffe, Stickoxide und Kohlenmonoxid durch Oxidation und Reduktion in Kohlendioxid, Stickstoff und Wasser umgewandelt. Da alle Reaktionen gleichzeitig stattfinden, heißt der Abgasreiniger Drei-Wege-Katalysator. Soll die Abgasreinigung effizient sein, müssen sowohl Abgastemperatur und Luftverhältnis als auch Katalysator- und Abgasvolumen aufeinander abgestimmt sein. Bei einem geregelten Katalysator misst die Lambdasonde als wichtiges Bauteil kontinuierlich den Sauerstoffanteil im Gemisch und regelt diesen nach, sodass immer 14,7 (14,8) Gramm Luft auf ein Gramm Superbenzin (Normalbenzin) kommen. Nur wenn dieses stöchiometrische Verhältnis, das mit lambda bezeichnet wird, stimmt oder das Gemisch leicht fett ist (mehr Kraftstoff pro Luftanteil), ist die katalytische Reaktion effizient. Daneben erfordert ein Katalysator die Verwendung von bleifreiem Kraftstoff und eine Betriebstemperatur von mindestens 350 Grad Celsius.

Oxidationskatalysator beim Dieselmotor

Beim Dieselmotor wird ein Oxidationskatalysator verwendet, der Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid in Kohlendioxid und Wasser verwandelt. Da im Abgas des Dieselmotors ein hoher Restsauerstoffgehalt vorhanden ist, können die giftigen Stickoxide nicht in Stickstoff umgewandelt werden. Techniken wie die Abgasrückführung tragen zwar zur Reduktion bei, aber Dieselfahrzeuge stoßen im Vergleich zu Benzinern immer noch vermehrt Stickoxide aus. Die vermehrte Nutzung von NOX Speicherkatalysatoren kann helfen, diesen Anteil zu verringern.