Wirkungsweise / Funktionsweise des Katalysators

Aus den heutigen Autos ist er nicht mehr wegzudenken: Der Katalysator, seit 1989 Pflicht bei allen Neuwagen in der Bundesrepublik. Er wird eingesetzt, um die Schadstoffemissionen der Kraftfahrzeuge zu senken und dies geschieht in einem relativ komplizierten Vorgang.

Ein Motor stößt verschiedene Schadstoffe aus, die in dem Katalysator verarbeitet werden, es geht dabei hauptsächlich um Kohlenwasserstoffe (HC-Emmisionen), Kohlenstoffmonoxid (CO) und Stickoxide (NOx). Diese werden durch eine chemische Reaktion zu Wasser, Kohlenstoffdioxid und Stickstoff oxidiert bzw. reduziert.

Der heute weit verbreitete 3-Wege-Katalysator kann diese Stoffe auf einmal verarbeiten, bei einer optimalen Einstellung und der richtigen Temperatur werden Konvertierungsraten von bis zu 100% erreicht, im Mittel können 90% der Schadstoffe durch den Katalysator beseitigt werden. Im Kat befindet sich ein Wabensystem aus Keramik, welches mit einer winzigen Schicht Platin bezogen ist. Dieses sorgt für den Beginn der chemischen Reaktion, die für die Reduzierung bzw. Oxidierung sorgt.

Wichtig für den einwandfreien Betrieb des Katalysators ist das Tanken von bleifreiem Benzin, ansonsten lagert sich Bleistaub im Katalysator ab und sorgt so für einen Defekt. Ein Kat funktioniert nur bei einem bestimmten Luft-Abgas Verhältnis, im Falle des 3-Wege-Kats müssen auf ein Gramm Benzin-Kraftstoff 14,7g Luft vorhanden sein, damit dieser einwandfrei funktioniert. Um diesen Vorgang zu steuern, wird eine Lambdasonde eingesetzt, die den Luftanteil genau regelt, damit eine ständige Funktion gewährleistet ist.

Aufbau des Katalysators

Ein Katalysator für ein Kraftfahrzeug ist immer gleich aufgebaut, lediglich die eingesetzten Materialien können sich leicht unterscheiden. Im folgendem wird auf den 3-Wege-Katalysator eingegangen, der in den meisten Benzin-Motoren eingesetzt wird. Er ist in Deutschland bereits seit 1989 Pflicht bei Neufahrzeugen.

Innerhalb des Katalysators befindet sich ein temperaturstabiler Wabenkörper, der entweder aus Keramik oder Metallfolien besteht. Dieser Wabenkörper weist eine Vielzahl an dünnwandigen Kanälen auf. Auf dieser Oberfläche befindet sich der so genannte Washcoat, der aus Aluminiumoxid und einer Komponente zur Sauerstoffspeicherung besteht. Dies kann zum Beispiel Ceroxid sein. Die Oberfläche ist durch die poröse Struktur des Aluminiumoxid stark aufgeraut und bietet somit eine riesige Fläche (durchaus mehrere 1000m²).

Innerhalb des Washcoats befinden sich Edelmetalle, die dafür sorgen, dass die 3 Schadstoffe zu ungiftigen Stoffen reduziert werden. Früher verwendete man ausschließlich Platin, inzwischen gibt es auch Katalysatoren, die Rhodium oder Palladium benutzen. Diese beiden Metalle gehören zur Gruppe der Platinmetalle und haben sehr ähnliche Eigenschaften und wirken beinahe genauso, der entscheidende Unterschied liegt im Preis, sowohl Rhodium als auch Palladium sind deutlich günstiger zu erwerben.

Der Wabenkörper liegt in einem speziellen Metallgehäuse, das sich Canning nennt. Handelt es sich um einen Metallkatalysator, braucht kein Canning verwendet werden, in diesem Fall lässt sich der Kat einfach in den Abgasstrang einschweißen. Vor und hinter dem Katalysator befinden sich zusätzlich noch verschiedene Anschlüsse, die zum Beispiel für eine Lambdasonde verwendet werden können. Die Lambdasonde regelt die Luftzufuhr in den Katalysator und ist direkt mit der Einspritzung verbunden, damit immer ein optimales Ergebnis innerhalb des Katalysators erreicht werden kann. Ein Kat funktioniert ausschließlich mit bleifreiem Benzin, tankt man mit einem Fahrzeug mit 3-Wege-Kat verbleites Benzin über einen längeren Zeitraum, lagert sich Bleistaub im Katalysator ab und macht diesen unwirksam.