Katalysatoren



 Katalysatoren
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Die Arbeitsgruppe Multifunktionale Emissions- reduzierende Schichten erforscht Fragestellungen sowohl zur katalytischen Verbrennung, als auch zu Abgasnachbehandlungs-Systeme zur NOx-Reduzierung.

Bei der katalytischen Verbrennung wird bereits die Entstehung von NOx durch einen Katalysator verhindert. Hierzu wird das Brennstoff/Luftgemisch über einen Katalysator geleitet und dabei mit Hilfe dieses reagiert. Diese „Verbrennung“ läuft bei wesentlich kälteren Temperaturen ab, als bei einer konventionellen Verbrennung, was zu erheblich niedrigeren Stickoxid-Emissionen führt. Allerdings ist für diese Technologie eine Mager-Vorvermischungverbrennung notwendig, was insbesondere bei flüssigen Brennstoffen (z.B. Kerosin), die vorher verdampft werden müssen, ein erhebliches technologisches Problem darstellt (Brennkammern mit LPP-Modul). Daher wurde diese Technologie bisher nur in stationären Gasturbinen, die gasförmige Brennstoffe verwenden, erfolgreich getestet.

Sekundäre Systeme reduzieren die bereits entstandenen Schadstoffe wieder im Abgas. Ihr bekanntester Vertreter ist der Drei-Wege-Katalysator. Er arbeitet allerdings nur vollständig bei stöchiometrischer Verbrennung und deshalb nur unzureichend bei modernen Mager-Verbrennungsprozessen. Für Turbinen, Dieselmotoren und Mager-Verbrennungsprozesse werden neue Konzepte und Materialien benötigt. Viel Versprechenden sind hierbei die Konzepte der Speicher-Reduktions-Katalysatoren (SR-NOx) und der Selektiven katalytischen Reduktion (SCR). SCR-Katalysatoren werden heute schon in stationären Systemen eingesetzt und arbeiten üblicherweise mit Ammoniak (NH3) als Reduktionsmittel. Allerdings kommt es bei NH3-SCR zu ungewünschten Nebenprodukten wie NH3-Slip und korrosiven Produkten. Daneben stellt der Transport von NH3 in mobilen Systemen ein weiteres Problem dar. Als Alternative können Kohlenwasserstoffe als Reduktant eingesetzt werden. Sie bilden weniger ungewünschte Nebenprodukte und sind in heutigen mobilen Systemen leichter verfügbar (Benzin, Kerosin, Erdgas). Stand der Technik ist allerdings, dass ein Sauerstoffüberschuss im Abgas zu einer starken Verminderung der Katalysatorleistung führt. Daher müssen für die Zukunft hochtemperaturstabile, leistungsfähige und preiswerte Materialien gefunden werden. Gute Alternativen zu den bekannten Edelmetallen stellen keramische perowskit, spinell und magnetoplumbit Verbindungen dar. Sie sind verhältnismäßig billig, besitzen in der Regel eine hochtemperaturstabile Kristallstruktur und sind in ihrer chemischen Zusammensetzung sehr variabel. Nano große Edelmetall Partikel, eingebettet in eine keramische Matrix, sind zwar deutlich diffiziler zu synthetisieren, stellen jedoch ebenfalls eine gute Alternative dar.


Kontakt
Dr. Bilge Saruhan-Brings
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Werkstoff-Forschung
, Hochtemperaturschutzschichten
Tel: +49 2203 601-3228

Fax: +49 2203 696480

E-Mail: Bilge.Saruhan@dlr.de
Dr.-Ing. Manfred Peters
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Werkstoff-Forschung
, Hochtemperatur- und Funktionsschichten
Tel: +49 2203 601-2438

Fax: +49 2203 68936

E-Mail: Manfred.Peters@dlr.de
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