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die funktionsweise eines Abgaskatalysators - Referat
Abgaskatalysator
Gliederung:
1. Was ist ein Katalysator und wozu braucht man ihn?
2. Was passiert im Katalysator?
3. Aufbau des Dreiwegekatalysators
1. Was ist ein Katalysator und wozu braucht man ihn?
Definition:
Ein Katalysator ist ein Stoff, der dafür sorgt, dass eine chemische Reaktion beschleunigt, ohne dass dieser Stoff verbraucht wird.
Die weltweite Luftverschmutzung nimmt jedes Jahr beträchtlich zu, was an den Autos und wachsender Industrie, bzw. Städten liegt. Schon 60% der Wälder in Deutschland sind beschädigt.
Ein Abgaskatalysator ist dazu da, Abgase nachzubehandeln oder auch umweltverträglicher, bzw. Schadstoffe zu reduzieren.
In solch einem Katalysator wird der Rest des Benzins verbrannt und Kohlenwasserstoff, Stickstoffoxide und Kohlenmonoxid werden auf 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.
3. 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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