Abgaskatalysator

Ein Abgaskatalysator sorgt dafür, dass Schadstoffe im Abgas um mehr als 90 Prozent reduziert werden.

Der Fahrzeugkatalysator besteht meistens aus mehreren Komponenten. Als Träger dient ein temperaturstabiler Wabenkörper aus Keramik (in der Regel Cordierit) oder Metallfolien (z.B. Metalit von Emitec), der eine Vielzahl dünnwandiger Kanäle aufweist. Auf dem Träger befindet sich der so genannte Washcoat. Er besteht aus sehr porösem Aluminiumoxid (Al2O3) sowie aus Sauerstoffspeicherkomponenten wie zum Beispiel Cer(IV)-oxid und dient zur Vergrößerung der Oberfläche. Durch die hohe Oberflächenrauhigkeit wird eine sehr große Oberfläche realisiert (bis zu mehreren tausend Quadratmetern). In dem Washcoat sind die katalytisch aktiven Edelmetalle eingelagert. Bei modernen Abgaskatalysatoren sind dies die Edelmetalle Platin, Rhodium und/oder Palladium. Der keramische Träger ist mithilfe spezieller Lagermatten (in der Regel Matten aus Hochtemperaturwolle, seltener in Kombination mit Drahtgestricken) in einem metallischen Gehäuse, dem so genannten Canning, gelagert. Das Canning der Metall-Katalysatoren reduziert sich auf das Einschweißen des Metall-Katalysators in den Abgasstrang. Spezielle Matten oder ein extra Metallgehäuse sind nicht notwendig. Das Canning ist fest im Abgasstrang des Fahrzeuges verbaut und besitzt zum Teil weitere Anschlussmöglichkeiten für zum Beispiel Lambdasonden oder Thermoelemente. Es gibt auch Metall-Katalysatoren mit integrierten Lambdasonden.

Die Wirkungsweise beruht auf katalytischen Reaktionen. Die Aufgabe des Fahrzeugkatalysators ist die chemische Konvertierung der Verbrennungsschadstoffe Kohlenwasserstoffe (HmCn), Kohlenstoffmonoxid (CO) und Stickoxide (NOx) in die ungiftigen Stoffe Kohlenstoffdioxid (CO2), Wasser (H2O) und Stickstoff (N2) durch Oxidation beziehungsweise Reduktion. Je nach Betriebspunkt des Motors und bei optimalen Betriebsbedingungen können Konvertierungsraten nahe 100 % erreicht werden.

Durch drastische Verkürzung der Kaltlaufphase konnten die Emissionen der Fahrzeuge erheblich gesenkt werden. Die Kaltstartphase kann durch folgende Maßnahmen verkürzt werden:

• möglichst motornahe Katalysatormontage, zum Beispiel direkt hinter dem Abgaskrümmer. Diese Maßnahme erfordert sehr wärmebeständige Werkstoffe sowie eine sehr gute Anströmung des Katalysators
• Lufteinblasung vor Katalysator, um durch eine exotherme Reaktion (Nachverbrennung der restlichen Kraftstoffanteile) den Katalysator schneller aufzuheizen.
• Doppelwandige Abgasrohre, damit die heißen Abgase nicht so schnell abkühlen können
• elektrisch beheizter Katalysator,
• Spätzündung.

Bei den meisten Serienfahrzeugen (ca. 60 %) hat sich die motornahe Katalysatoranordnung durchgesetzt, da dies die kostengünstigste und kraftstoffsparendeste Methode ist.

Als Nachrüstlösung (primär für ältere Fahrzeuge) bieten sich so genannte Kaltlaufregler an. Neben dem Effekt einer besseren Umweltverträglichkeit in der Kaltlaufphase ist damit im Regelfall auch eine Einstufung in eine bessere Schadstoffklasse verbunden, was eine teils deutliche Ersparnis bei der Kfz-Steuer zur Folge haben kann.