Wie funktioniert ein Katalysator?
When die Abgasse aus dem Motor herauskommen, sind sie mit Schadstoffen gefüllt. Mindestens Teil davon wird von einem katalytischen Umwandler entfernt.
Glücklicherweise lassen Autos ihre Abgase heute nicht mehr unbehandelt in die Luft entweichen. In den Mitte 1970er-Jahren fand der katalytische Umwandler in Benziner-Motoren in den USA Verbreitung, und die ersten Benziner-Motoren mit G-Katalysator wurden in Deutschland 1985 zugelassen. Später erhielten auch Diesel-Motoren ein Oxidationskatalysator. Das Ziel: Die Abgase sollen sauberer werden.
Beide Art Motoren konvertieren schädliches Kohlenmonoxid (CO) in Kohlenstoffdioxid (CO2) und unverbrennte Kohlenwasserstoffe, also Treibstoffrückstand, in CO2 und Wasserdampf. Zusätzlich konvertiert der "Dreiwegkatalysator" im Benziner-Motor giftige Stickstoffoxide (NO, NO2, zusammengefasst NOx) in relativ harmlose Stickstoff und Sauerstoff. Das funktioniert im Diesel-Motor auf Grund des hohen Überschusses an Sauerstoff in den Abgasen, aber nicht ohne weiteres. Deshalb ist seit einiger Zeit der SCR-Katalysator für die NOx-Reinigung zuständig.
Reaktion, um Schadstoffe in den Abgasen unschädlich zu machen
Das Prinzip ist in allen Fällen das gleiche: Das Abgas wird durch ein poroses Körper geführt, der mit einem Material bedeckt ist, um so große Fläche wie möglich zu erhalten. Mehrere hundert Quadratmeter pro Gram. In dieser hauptsächlich aluminiumbasierten Schicht sind die katalytisch aktiven Substanzen eingebettet, meistens Edelmetalle wie Platin, Paladium oder Rhodium. Sie ermöglichen die Reaktion, um die Schadstoffe in den Abgasen unschädlich zu machen, aber sie nehmen an der Reaktion selbst nicht teil und werden daher verbraucht. Eine kleine Menge, jedoch, gelangt trotz Abnutzung in die Umwelt.
Eine besondere Form ist der SCR-Katalysator, der in Zusammenhang mit dem Diesel-Skandal bekannt wurde. Wie dort, werden Stickstoffoxide in Stickstoff und Wasser umgewandelt. Aber ein Katalysator ist notwendig, damit das funktioniert: Ammoniak. Es wird meistens in Form einer Ammoniallösung (Handelsname: AdBlue) geliefert, die besser transportiert als Ammoniak. Das Urea wird in den Abgasstrang injiziert, zerfällt bei hohen Temperaturen und freisetzt die notwendige Ammoniak für die Reinigung der Abgase.
Bestimmte Temperatur erforderlich
Katalytische Umwandler benötigen eine bestimmte Temperatur, um optimal zu wirken. Daher kann ihre Wirksamkeit erheblich durch die Konstruktion des Abgasystems sowie die Betriebsstrategie des Motors beeinflusst werden. Zum Beispiel werden zwei SCR-Katalysatoren in dem Twin dosing System verwendet, einer direkt am Motor, einer im Fahrzeugboden.
Eine Temperaturdifferenz von rund 100 Grad Celsius zwischen den beiden Cats ergibt sich allein aus der unterschiedlichen Entfernung vom heißen Motor. Daher wird jeweils der Abgasreiniger verwendet, in dem die Abgase das richtige Temperaturmoment haben; nach dem Anfahren ist es meistens der nächste an der Motorhaube, während des Volllastbetriebs ist es eher der weiter weg.
Die Einführung von katalytischen Umwandlern in den 1970er- und 1980er-Jahren hat die Emissionsnormen für beide Benziner- und Diesel-Automobile erheblich verbessert. Obwohl katalytische Umwandler verwendet wurden, emittierten Diesel-Motoren weiterhin schädliche Stickstoffoxide (NOx), was zur Entwicklung des SCR-Kats zur Reinigung der Abgase in Dieselfahrzeugen führte.
Mit dem Fortschritt der Technik sind moderne Autos, unabhängig ob Diesel oder Benzin, mit aufwändigen Abgasystemen und katalytischen Umwandlern ausgestattet, um sich den Umweltvorschriften anzupassen und die schädlichen Emissionen aus ihren Diesel- oder Benzinmotoren zu reduzieren.
