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phase lagern sich jedoch diese Teilchen zu Teilchen
mit einem Durchmesser von 10-40 nm zusammen,
was aufgrund der Verminderung der katalytisch
wirksamen Oberfläche zu Wirkungsgradverlusten
führt. Dieser Vorgang wird als Alterung des Katalysators
bezeichnet und hat einen deutlichen Einfluss
auf die PGE-Emissionsraten (Kapitel 4.3).
Gegenwärtig werden drei Hauptverfahren zur Abgasreinigung
von Verbrennungsmotoren eingesetzt:
· Der Oxidationskatalysator ist dadurch gekennzeichnet,
dass dem Abgas vor dem Eintritt in
den Konverter Sekundärluft beigemischt wird,
sodass Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffe
(HC) mit einem hohen Wirkungsgrad
zu Wasser und Kohlendioxid (CO2 ) umgesetzt
werden. Dieses Verfahren wird überwiegend zur
Bild 3: Aufbau eines Abgaskonverters am Beispiel des Drei-
Wege-Katalysators (vereinfachte Darstellung); Erläuterungen
im Text
Quelle: REICHEL et al. 1997
Stoff
Herkömmliche
Drei-Wege-
Katalysatoren
[g/l Hubraum]
Neue
Drei-Wege-
Katalysatoren
[g/l Hubraum]
Platin (Pt) 0,5 – 2,0 0 – 0,3
Palladium (Pd) 0 1,5 – 5
Rhodium (Rh) 0,1 – 0,4 0,1 – 0,4
Aluminiumoxid
(Al2O3 )
90 – 160 90 – 160
Ceroxid (CeO 2 ) 30 – 80 30 – 80
Zirkonoxid (ZrO 2 ) 0 – 20 10 – 50
Tab. 4: Zusammensetzung der Beschichtung („washcoat“) in
Drei-Wege-Katalysatoren
Quelle: DOMESLE 1996
Reinigung von Abgasen aus Dieselmotoren verwendet.
Stickoxide (NO x ) und Schwefeldioxid
(SO 2) können allerdings hierdurch nicht aus dem
Abgas entfernt werden.
· In dem Doppelbett-Verfahren wird dem oben
beschriebenen Oxidationskatalysator ein Reduktionskatalysator
vorgeschaltet. Der Reduktionskatalysator
überführt die NO x in Stickstoff
(N 2 ), sodass mit Hilfe dieses Verfahrens im Vergleich
zu dem Oxidationskatalysator zusätzlich
die NO x weit gehend aus dem Abgas entfernt
werden können. Darüber hinaus arbeitet dieses
Verfahren in einem weiten Luft-Kraftstoff-Verhältnis,
d. h., dass sowohl magere Kraftstoff-
Luft-Gemische (im Verbrennungsgemisch ist ein
Luftüberschuss vorhanden) als auch fette Kraftstoff-Luft-Gemische
die Funktionsweise des
Abgaskonverters nicht beeinträchtigen. Eine
Regelung der Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft-Gemisches
innerhalb weiter Grenzen
ist nicht nötig.
· Als Standardverfahren zur Reinigung von Verbrennungsmotorabgasen
wird der Drei-Wege-
Katalysator eingesetzt. Dieses Verfahren erlaubt
die gleichzeitige Entfernung von CO, HC und
NO x mit einem einzigen Katalysatorentyp. Allerdings
muss in diesem Abgasreinigungsverfahren
eine aufwändige Steuerung eingesetzt werden,
da dieser Abgaskonvertertyp nur in einem
sehr engen Fenster für das Kraftstoff-Luft-Gemisch
von ca. 1 arbeitet (λ-Wert ≈ 1). Die Steuerung
der Gemischzusammensetzung wird mit
Hilfe einer λ-Sonde erreicht, sodass man in diesem
Zusammenhang auch von einem geregelten
Drei-Wege-Katalysator spricht. Eine Darstellung
der Funktionsweise der λ-Sonde findet
sich z. B. in ESCHNAUER (ESCHNAUER 1999).
Der geregelte Drei-Wege-Katalysator besitzt
den höchsten Wirkungsgrad hinsichtlich der
Entfernung unerwünschter Stoffe aus dem
Abgas und stellt somit die effektivste Möglichkeit
zur Reinigung der Abgase dar.
4.1.2 Die Abgasreinigung
19
Auf der Katalysatoroberfläche des Drei-Wege-Katalysators
läuft eine Vielzahl von unterschiedlichen
Reaktionen ab. Diese werden nachfolgend kurz beschrieben.
Nach GIFHORN (GIFHORN und MEYER-PITROFF
1998) und DOMESLE (DOMESLE 1996) werden die