Auto Technik Lexikon - Technik und Treibstoffe

Fahrzeugkatalysator

Bekanntestes Beispiel ist der Katalysator im Automobil zur Reduktion der Abgasemission, bei dem das ganze Geraet nach der chemisch wirksamen Substanz benannt ist. Der Fahrzeugkatalysator, kurz: Kat, besteht aus einem Gehaeuse und einem temperaturstabilen Keramikkern, der durch eine hohe Oberflaechenrauigkeit eine sehr grosse Oberflaeche (mehrere tausend Quadratmeter) aufweist. Auf dieser Traegerkeramik (meist Aluminiumoxid und Ceroxide zur Sauerstoffspeicherung) befindet sich die eigentliche Katalysatorsubstanz, meist eine Legierung aus den Elementen Platin, Rhodium und Palladium. Diese ermöglichen eine ausreichend schnelle Umsetzung von bis zu 90% der Verbrennungsschadstoffe Kohlenwasserstoffe, Kohlenstoffmonoxid und Stickoxide zu Kohlenstoffdioxid, Wasser und Stickstoff.

Je staerker der Wirkungsgrad von Verbrennungsmotoren optimiert wird, desto höher ist die Verbrennungstemperatur, denn der Wirkungsgrad n einer Waermekraftmaschine ist stets kleiner (1 - Tmin/Tmax). Bei hohen Verbrennungstemperaturen entstehen jedoch zunehmend mehr Stickoxide NOx, die beispielsweise massgeblich an der Bildung von Sommersmog beteiligt sind.

Bei einem so genannten Dreiwegekatalysator findet die Umwandlung aller drei Schadstoffkomponenten (CO, HmCn, NOx) parallel zueinander ab. Voraussetzung ist konstantes Luft-Kraftstoff-Gemisch (stoechiometrisches Verhältnis, Lambda=1) von 14 g Luft pro Gramm Kraftstoff, das im Fahrzeug durch eine oder mehrere Lamdasonden realisiert wird, die den Restsauerstoffgehalt des Abgases mit dem Luftsauerstoffgehalt vergleicht. Diese Katalysatoren wirken zugleich als Oxydationskatalysatoren (CO, HmCn zu CO2, H20) und Reduktionskatalysatoren (NOx zu N2, O2).

Moderne Magermixmotoren (FSI / GDI) arbeitem in einem Sauerstoffueberschuss zur Erhöhung des Motorwirkungsgrades. Herkoemmliche Katalysatoren können daher nicht eingesetzt werden. Die Oxidation von CO und HmCn ist im Sauerstoffueberschuss (Lambda < 1) analog zum herkoemmlichen Dreiwegekatalysator weiterhin möglich, jedoch müssen Stickoxide (NOx) zwischengespeichert werden. Deren katalytische Reduktion gelingt nur in einem neutralen bis fetten Abgasgemisch. Diese neuen Motoren benoetigen daher eine weiterentwickelte Art von Katalysatoren und besitzen zusaetzlich Bausteine, die eine kartuschenaehnliche Speicherung von Stickoxiden ermöglichen. Ist die Aufnahmekapazitaet des Katalysators erschoepft, so wird seitens der Motorelektronik kurzfristig ein fettes, reduzierendes Abgasgemisch eingestellt. In diesem kurzen "fetten" Zyklus werden die im Katalysator zwischengespeicherten Stickoxide zu Stickstoff reduziert und damit der Katalysator für den naechsten Speicherzyklus vorbereitet. Durch diesen Kniff ist es auch möglich, die Schadstoffemissionen sparsamer Magermixmotoren zu minimieren und gueltige Grenzwerte der Euro-Normen einzuhalten.

Nach einem Beschluss der oesterreichischen Bundesregierung, nach dem ab dem 1. Januar 1987 in Österreich alle Neuwagen über 1500 cm³, ab dem 1. Januar 1988 auch alle kleineren aus Gruenden des Umweltschutzes Katalysatoren eingebaut haben müssen, zieht auch Deutschland nach. Am 18. September 1984 beschliesst die deutsche Bundesregierung die Pflicht zum Einbau von Katalysatoren ab dem Jahr 1989. Im Zug der Verbreitung von Fahrzeugkatalysatoren wird vor allem in der Naehe von Autobahnen eine zunehmende Platinkonzentration in der Umwelt festgestellt (das 70-fache des natuerlichen Wertes), über deren eventuelle Folgen noch keine gesicherten Erkenntnisse vorliegen.

Auf Grund der Inhaltsstoffe muss ein bereits gebrauchter Katalysator auf jeden Fall als Sondermuell entsorgt werden.