Der DIESEL-KATALYSATOR

Gliederung - Allgemeines über den (Diesel-)Katalysator - Aufbau eines Dieselkatalysators - Funktion des Dieselkats - chemische Vorgänge bei dem Dieselkatalysator -Unterschied zwischen Diesel- und Benzin(Otto-)motor -heterogene/homogene Katalyse - Abgaswerte Vergleich - Umwelt pro und kontra - Aktuelles → VW-Krise

Was ist ein Katalysator? „Ein Stoff, welcher eine chemische Reaktion hervorruft und/oder beschleunigt, ohne selbst daran teilzunehmen.“

Fahrzeug-/Dieselkatalysator Der Katalysator hilft dabei die Schadstoffemissionen die entstehen und im Abgas vorhanden sind, stark zu verringern.

Allgemeine Funktion „Der Katalysator hat die Aufgabe Schadstoffemissionen von Verbrennungsmotoren durch eine chemische Reaktion in unschädliche Gase umzuwandeln.“

Geschichtlicher Hintergrund - Erfinder: Eugene Houdry - Houdry machte sich Gedanken über den Einfluss von Autoabgase - er gründete die Oxy-Catalyst Company → zuständig für Entwicklung von Abgaskatalysatoren von Benzinmotoren - Houdry = seiner Zeit voraus → 1956 Patent für die Kats - ABER: Am Antiklopfmittel der Katalysatoren war Blei, welches die Autoabgaskatalysatoren vergiftete. - Mooney und Keith erfanden später den drei- Wege-Katalysator, welcher 1973 auf den Markt kam -Problem: → Anstieg der Ruß-Emission → Verlust der Motorleistung

Aufbau eines Katalysators 1. Träger: • Monolithe (AlMg-Silikat = Keramik) oder Metallträger • von tausenden Kanälen durchzogen, um die Oberfläche zu vergrößern • geringer Strömungswiderstand durch dünne Wände 2. Zwischenschicht (Washcoat) • Schicht aus Al2O3 • Vergrößerung der Oberfläche um das 7000-fache • Erhöhung der Sauerstoffspeicherfähigkeit

Aufbau eines Katalysators 3. Katalytisch aktive Schicht • Edelmetalle rufen Reaktion hervor: Platin, Rhodium, Palladium • Platin: begünstigt Oxidationsvorgang • Rhodium: begünstigt Reduktionsvorgang 4. Gehäuse mit Dämpfung • keramische Träger sehr spröde • andere Wärmedehnung als das Gehäuse • Dämpfungsschicht, Drahtstrick, Keramikfasermatte

Schadstoffe im Abgas - Kohlenmonoxid • farb- und geruchloses, hochgiftiges Gas • unvollständige Verbrennung Kohlenstoff verbrennt bei Sauerstoffmangel zu Kohlenmonoxid. 2C+O22CO Umwandelung von Kohlenmonoxid zu Kohlenstoffdioxid durch den Oxidationskatalysator CO+1/2O2CO2 Weiterhin wird der teilweise verbrannte Kohlenwasserstoff zu Wasserdampf und Kohlendioxid umgewandelt 4CH+5O24CO2+2H2O • wirkt in kleinsten Mengen tödlich -> behindert als Atemgift den Sauerstofftransport im Blut durch die roten Blutkörperchen

Schadstoffe im Abgas -Stickoxide • Stickoxide: N2O, NO, N2O3, NO2, N2O4, N2O5 • starke Atemgifte • Saurer Regen: ->Oxidation von Stickstoff aus der Luft: N+O2NO2 • beteiligt an der Bildung von Ozon in der Atmosphäre

Schadstoffe im Abgas - Schwefeldioxid • Schwefelreste des Erdöls im Benzin und Diesel • Verbrennung von Schwefel im Motor zu Schwefeldioxid. S+O2SO2 • lungenreizendes Gas • Hauptverursacher für Sauren Regen und Waldsterben

Unterschied Benzin- / Dieselmotor • kein zündfähiges Luft-Kraftstoff- Gemisch, sondern ausschließlich Luft • Luft wird zunächst im Zylinder hoch verdichtet, Erwärmung auf etwa 700 bis 900 °C • Einspritzung und Feinstverteilung des Kraftstoffes in der heißen Luft im Brennraum • Kraftstoff wird von der Oberfläche beginnend verdampft • das Dampf-Luft-Gemisch zündet Diesel: CO, HC und NOx , SO2 und Rußpartikel Benzinmotor • Benzin-Luft-Gemisch gelangt in den Brennraum des Motors • mit Hilfe einer Zündkerze wird ein kurzer elektrischer Zündfunke erzeugt • das Gemisch wird zeitlich genau zur Explosion gebracht Benzin: CO, HC und NO, NOx

Vergleich Diesel / Benzin

heterogene Katalyse homogene Katalyse

Abgaswertevergleich Dieselmotoren: Euro 6: CO: 500 mg/km, HC&NO (und andere Stickoxide) : 170mg/km, Stickoxide: 80mg/km PM (Feinstaub, eng. Particulate Matter): 4,5mg/km,   Ottomotoren: CO: 1000mg/km, HC&NO (und andere Stickoxide) , stickoxide: 60mg/km PM (Feinstaub): 4,5mg/km

Umwelt positive Effekte: nicht wirklich welche, ist nur lohnender auf lange Strecken, VS negative Effekte: starke Rußbildung durch Hochofenchemie, Boudouard-Gleichgewicht, was sich mit dem Prinzip von Le Chatelier erklären lässt und eine zu hohe Emissionsrate an Stickstoff.

Aktuell: VW-Krise → Dieselmotor - Diesel-Motoren beteiligt am VW- Abgasskandal (2015) - Grund: Abgaswerte manipuliert ABER: - Diesel-Fahrzeuge haben keinen Drei-Weg- Katalysator. Daher sind die mit den Gasen verbundenen Stickoxide (NOx) sehr schädlich für die Umwelt: →Atmungsorgane werden geschädigt/gereizt →Grund für Bildung von Ozon/Smog →Verstärkung der Erderwärmung

Quellen http://www.kfztech.de/kfztechnik/motor/abgas/katalysator.htm https://de.wikipedia.org/wiki/Antiklopfmittel https://de.wikipedia.org/wiki/Fahrzeugkatalysator http://www.mein-autolexikon.de/abgasanlage/katalysator.html http://www.t-online.de/auto/technik/id_75529584/vw-skandal-der-dieselmotor-und-das-problem-mit-dem- stickoxid.html https://www.fh-muenster.de/fb1/downloads/personal/juestel/juestel/KFZ-Katalysatoren_KatharinaAlbers- PatrickPuklowski_.pdf https://de.wikibooks.org/wiki/Motoren_aus_technischer_Sicht/_Zusammenfassung:_Vergleich_der_Verbrennungsm otoren http://www.chemieunterricht.de/dc2/kohle/c-boudouard.htm http://www.chemieunterricht.de/dc2/mwg/g-lechat.htm http://www.chemieunterricht.de/dc2/auto/motorvgl.htm https://de.wikipedia.org/wiki/Abgasnorm#Pkw_mit_Dieselmotor https://3c.web.de/mail/client/dereferrer?redirectUrl=http%3A%2F%2Fwww.chemie.de%2Flexikon%2FHeterogene_ Katalyse.html https://3c.web.de/mail/client/dereferrer?redirectUrl=http%3A%2F%2Fwww.chemie.de%2Flexikon%2FHomogene_K atalyse.html