Stickoxide effizient aus Dieselabgasen entfernen
Erhöhte Stickoxid-Werte bei Dieselfahrzeugen und in deutschen Städten sorgen immer wieder für Diskussionen. Im Projekt „DeNOx“ arbeiten Wissenschaftler aus Forschung und Industrie an einem neuen Katalysator, der Stickoxide fast vollständig und in weiten Bereichen ohne Zusätze aus den Abgasen von Verbrennungsmotoren entfernen kann.
Neuer Stickoxid-Katalysator für zukünftige Motoren mit höchsten Wirkungsgraden
Ziel des im September 2017 gestarteten Projekts "DeNox" ist, dazu beizutragen, dass die weltweiten Normen für Stickoxid-Emissionen von Verbrennungsmotoren besser eingehalten werden können und so die Luftqualität insbesondere in Städten entscheidend verbessert wird.
Bisher stehen zwei Katalysatortypen zur Verfügung: Der Speicherkatalysator arbeitet diskontinuierlich. Er speichert Stickoxid und muss dann im Betrieb durch Luftmangel - über eine Änderung des Motorbetriebs mit erhöhtem Kraftstoffverbrauch - regelmäßig regeneriert werden. Der SCR-Katalysator (englisch für selektive katalytische Reduktion) hingegen arbeitet kontinuierlich, aber nur mit Zuführung einer Harnstoff-Wasser-Mischung (Handelsname AdBlue®), die weder CO2-neutral hergestellt, noch in beliebiger Menge mitgeführt werden kann.
Neue Materialien für umweltfreundlichen Katalysator
Die innovativen, umweltfreundlichen und effizienten Verbesserungen der Abgasnachbehandlungssysteme stammen aus Entwicklungen der Materialforschung. Der neu zu entwickelnde Stickoxid-Katalysator basiert auf Materialien, die aus verschiedenen Anwendungen übertragen werden. Während zum Beispiel die SCR-Funktionalität mit weiterentwickelten Materialien aus der Abgasnachbehandlung realisiert werden soll, basieren die Speicher-Materialien auf Werkstoffen für keramische Hochtemperaturbrennstoffzellen (SOFC). Durch gezielte Veränderungen dieser Materialien wollen Wissenschaftler des Jülicher Instituts für Energie- und Klimaforschung (IEK-1), des Instituts für Anorganische Chemie (IAC) und des Instituts für Technische und Makromolekulare Chemie (ITMC) der RWTH-Aachen einen neuen NOx-Katalysator schaffen, mit dem die Stickoxide in einem Kreislaufsystem weitestgehend ohne Zusätze abgebaut werden können.
Der Prozess der Stickstoffumwandlung beginnt mit der Einlagerung der Stickoxide im NOx-Speicher. Ist der maximale Füllstand erreicht, werden die eingelagerten Stickoxide durch eine kurzzeitige Änderung der Motoreinstellung in Ammoniak umgewandelt. Dafür wird mithilfe der neuen Katalysatormaterialien für die Wassergas-Shift-Reaktion (WGS) eine möglichst hohe Konzentration an Wasserstoff erzeugt. Das so gebildete Ammoniak wird dann eingespeichert. Das mit Ammoniak gefüllte SCR-Material kann im normalen Fahrbetrieb die Stickoxide in harmlosen Stickstoff umwandeln, ähnlich wie der SCR-Katalysator. In dem neu zu entwickelnden Katalysator sollen alle Stufen der Abgasreinigung in nur eine Einheit integriert werden. Das Projekt soll in drei Jahren eine neue Technologie demonstrieren, die dann als Ausgangspunkt für eine serienreife Entwicklung dienen kann.