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Gliederung:
Was ist ein Katalysator und wozu braucht man ihn?
Was passiert im Katalysator?
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 (λ-Sonde), hatte man nun einen sogenannten "geregelten Kat.\" Gebaut.
Lambda ist eine Luftverhältniszahl und gibt an, wie weit der theoretische Luftbedarf erreicht ist.
λ=zugeführte Luftmenge/theoretisch benötigte Luftmenge
Ist λ< 1 (fettes Gemisch -wenig Sauerstoff) so sind im Abgas hohe Anteile an CO und CxHy vorhanden.
Ist λ>1 (mageres Gemisch) steigt der NOx Anteil stark an.
Ein
optimaler Zustand ist erreicht, wenn λ≈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.
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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