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Jun 13, 2023

Was ist ein Katalysator? PH erklärt

Ein Katalysator ist ein Emissionskontrollgerät, das eine chemische Umwandlung durchführt

Ein Katalysator ist ein Emissionskontrollgerät, das giftige Abgase chemisch in weniger schädliche Emissionen umwandelt. Durch die in einem Katalysator ablaufenden Reaktionen wird der Schadstoffausstoß eines Fahrzeugs deutlich reduziert; Dies trägt dazu bei, Probleme mit der Luftqualität, insbesondere in Ballungsräumen, sowie die damit verbundenen Umwelt- und Gesundheitsprobleme zu minimieren.

Wie funktionieren Katalysatoren? Ein Katalysator, der so in das Abgassystem eines Autos eingebaut wird, dass Abgase durch ihn strömen, soll schädliche Motoremissionen bekämpfen. Im Inneren des Konverters befinden sich Katalysatorelemente, die mit Nebenprodukten im Abgas reagieren, um den Schadstoffausstoß zu reduzieren. Moderne Katalysatoren sind in erster Linie darauf ausgelegt, schädliche Kohlenmonoxid-, Kohlenwasserstoff- und Stickoxidemissionen zu bekämpfen.

Das Herzstück jedes Konverters ist eine Wabenstruktur, die häufig aus Keramik oder Stahlfolien besteht. Der Keramikkern kommt am häufigsten in modernen Katalysatoren vor und wird oft als „Monolith“ bezeichnet. In diesem Keramikmonolithen befinden sich Tausende winziger Durchgänge, die die Oberfläche vergrößern, die für die notwendigen Reaktionen zur Verfügung steht.

Bei der Herstellung wird auf diesen Kern ein „Washcoat“ aufgetragen. Der Washcoat verleiht den flachen Oberflächen des Kerns ein raues Finish, wodurch die verfügbare Oberfläche nochmals vergrößert wird, und enthält auch die Katalysatoren selbst. Als katalysierende Elemente werden Edelmetalle wie Platin verwendet, da diese nicht korrodieren und den Bedingungen im Konverter problemlos standhalten. Andere Metalle, die verwendet werden können, sind Rhodium und Palladium, die jeweils auf unterschiedliche Weise mit dem Abgas reagieren und so die Schadstoffemissionen reduzieren.

Diese Katalysatorelemente werden dann durch das Abgas erhitzt und reagieren mit den durchströmenden Gasen. Im Konverter finden dann zwei Schlüsselprozesse statt, Oxidation und Reduktion genannt. Bei der Oxidation wird dem Kohlenmonoxid Sauerstoff zugesetzt, wodurch es zu Kohlendioxid wird. Bei der Reduktion hingegen wird Sauerstoff aus Stickoxiden entfernt. Als Nebenprodukt dieses Prozesses entstehen Stickstoff und Sauerstoff.

Gängige Arten von Katalysatoren Zwei-Wege-Wandler: Wird oft in älteren Benzinanwendungen gefunden, wird aber auch häufig in Dieselmotoren verwendet. Diese wandeln Kohlenmonoxid in Kohlendioxid um und oxidieren unverbrannte Kohlenwasserstoffe zu Kohlendioxid und Wasser.

Drei-Wege-Wandler: Diese fortschrittlicheren Wandler werden häufig in Autos mit Benzinmotor verwendet. Sie erweitern die Möglichkeiten des Zwei-Wege-Konverters, indem sie Stickoxide weiter in Stickstoff und Sauerstoff reduzieren.

Diesel-Oxidationskatalysator: Diese Konverter nutzen Sauerstoff im Abgas, um Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid zu oxidieren. Außerdem wandeln sie unverbrannte Kohlenwasserstoffe in Wasser und noch mehr Kohlendioxid um. Vorteilhafterweise reduzieren Dieseloxidationskatalysatoren auch die Geruchs- und Rußemissionen von Dieselmotoren.

Selektive katalytische Reduktion: Bei diesem Aufbau wird eine Flüssigkeit – beispielsweise Harnstoff – in den Katalysator eingespritzt. Dadurch kommt es zu einer Reaktion, bei der Stickoxide in Stickstoff und Wasser umgewandelt werden, wodurch die Stickoxidemissionen erheblich reduziert werden.

Eine kurze Geschichte der Automobilkatalysatoren Das Konzept eines Katalysators für Automobilanwendungen wurde erstmals 1909 vom französischen Chemiker Michel Frenkel vorgeschlagen. Das Ziel seines Systems, das angeblich Nickel, Kupfer oder Platin verwendet, bestand darin, „Abgase von Automotoren zu desodorieren“. Aufgrund der geringen Anzahl an Autos auf den Straßen und der damaligen Kosten des Geräts schien es nicht weiterzugehen – die Entwicklung von Katalysatoren wurde jedoch in den folgenden Jahrzehnten fortgesetzt.

Es war der französische Ingenieur Eugene Houdry, der 1952 den sogenannten modernen Katalysator entwarf und patentierte. Er lebte zu dieser Zeit in Amerika, und in den späten 1940er Jahren war die Zahl der Fahrzeuge auf der Straße dramatisch gestiegen. Dies führte dazu, dass die Umweltverschmutzung in städtischen Gebieten zu einem ernsten Problem wurde.

Bis 1965 wurde das National Emissions Standards Act eingeführt, das eine Reihe strenger Emissionsreduktionsziele für 1968 und für Fahrzeuge festlegte. Katalysatoren könnten helfen, aber das damals verwendete verbleite Benzin vergiftete den Katalysator und machte ihn unbrauchbar. Da die Vorschriften mit der Einführung des US Clean Air Act im Jahr 1970 immer strenger wurden und der Smog zunahm, wuchs der Bedarf an Katalysatoren. Daraufhin schritt die Regierung ein und begann mit der großflächigen Einführung bleifreier Tankstellen, um Autos mit Katalysatoren zu unterstützen.

Mehrere Unternehmen, darunter General Motors und Engelhard, führten umfangreiche Entwicklungsarbeiten durch, und die Einführung von Katalysatoren begann Mitte der 1970er Jahre. Andere Länder folgten bald diesem Beispiel, und heute sind Katalysatoren eine Schlüsselkomponente des Abgaskontrollsystems eines jeden Autos.

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