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chemie artikel (Interpretation und charakterisierung)

Abgaskatalysator


1. Atom
2. Erdöl



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.

 
 




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