Elemente und Moleküle, Schulbuch

117 6.2 lUFTSchaDSTOFFe UnD ihre BeSeiTigUng Die drei wichtigsten Gruppen von Schadstoffen in Abgasen von Ottomotoren sind unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Stickstoffoxide und Kohlenstoffmonoxid. Die zwei ersten sind Hauptverursacher des fotochemischen Smogs. Kohlenstoffmonoxid ist akut giftig (unterbindet den Sauerstofftransport durch das Blut) und ebenfalls umweltbelastend. Es verringert die Entstehung des Hydroxyl-Radikals in der Luft. Das Hydroxyl-Radikal ist an allen fotochemischen Prozessen beteiligt, in denen Spu- rengase zu wasserlöslichen Produkten abgebaut werden, die dann durch den Regen ausgewaschen werden können. Vereinfacht kann man sagen, Kohlenstoffmonoxid verringert die Selbstreinigungskraft der Atmosphäre. Abgase von Dieselmotoren enthalten viel weniger Kohlenwasserstoffe und Kohlen- stoffmonoxid als die von Ottomotoren. Hier sind vor allem Stickstoffoxide und Ruß das Problem. Zweitaktmotoren emittieren sämtliche Schadstoffe wie Viertaktmo- toren, die Kohlenwasserstoffmenge ist hier besonders groß. Die Zweitaktmotoren der Mopeds und Motorräder verursachen in Österreich etwa ein Drittel der Kohlen- wasserstoffbelastung des gesamten Straßenverkehrs inklusive Schwerverkehr. Der geregelte Abgaskatalysator wandelt alle drei Schadstoffgruppen durch Reak- tion untereinander in unschädliche Verbindungen um. Man nennt ihn daher auch Dreiwegkatalysator. Er besteht meist aus einem porösen Keramik-Trägerkörper, auf dem als eigentlich katalytisch wirksame Substanz Platinmetalle fein verteilt sind. Diese haben nur wenige Gramm Masse, aber eine sehr große Oberfläche (mehrere Fußballfelder). Die Platinmetalle katalysieren Redox-Reaktionen der Schadstoffe untereinander. Als Produkt entstehen Stickstoff, Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf (Abb. 117.1–3). Damit der Katalysator sämtliche Schadstoffe entfernt, ist ein ausgewogenes Ver- hältnis von Oxidationsmitteln (NO x , O 2 ) und Reduktionsmitteln (CO, Kohlenwasser- stoffe) im Abgas notwendig. Dieses wird durch den Sauerstoffüberschuss im Abgas eingestellt. Der Sauerstoffgehalt des Abgases wird daher gemessen (Lambdasonde) und die Einspritzanlage oder der elektronische Vergaser regeln das Benzin-Luft- Gemisch nach diesem Messwert. Wäre zu wenig Sauerstoff im Abgas, so blieben CO und Kohlenwasserstoffe übrig, bei zu hohem Sauerstoffgehalt die Stickstoffoxide. Ein Abgaskatalysator funktioniert also nur bei exakter Motoreinstellung wirklich zufriedenstellend. Außerdem lässt seine katalytische Wirksamkeit mit der Zeit nach (Veränderung der Oberfläche der Platinmetalle). Daher ist in Österreich eine jährli- che Überprüfung der Abgaswerte von PKWs vorgeschrieben (zur Zeit: „weißes Pi- ckerl“). Ein gut eingestellter und gewarteter Abgaskatalysator verringert die Schad- stoffe um über 90 %. Ein weiterer positiver Nebeneffekt des Abgaskatalysators ist die Verringerung der Bleibelastung durch den Staßenverkehr. Da Bleiverbindungen die katalytische Wirk- samkeit der Platinmetalle verhindern, muss bleifreies Benzin getankt werden. Dies hat zur flächendeckenden Versorgung mit bleifreiem Benzin in Österreich geführt. Seit 1993 ist verbleites Benzin in Österreich verboten. Allerdings führte die Eliminie- rung der Bleiverbindungen im Benzin zu einer Erhöhung des Anteils an Aromaten (teilweise kanzerogen). In den meisten anderen Ländern Europas und weltweit ist nach wie vor verbleites Benzin im Einsatz. Durch die große Zahl von PKWs benötigt man steigende Mengen Platinmetalle. Um eine Verknappung dieser sehr seltenen Metalle zu vermeiden, ist ein Recycling ge- brauchter Katalysatoren notwendig. Der hohe Preis der Platinmetalle macht auch das Recycling von kleinen Mengen wirtschaftlich. 2 CO + 2 NO → N 2 + 2 CO 2 4 CO + 2 NO 2 → N 2 + 4 CO 2 2 CO + O 2 → 2 CO 2 KW + O 2 → CO 2 + H 2 O ■ 117.1: Erkundig dich, welche Schad- stoffe bei der Überprüfung („weißes Pickerl“) im Abgas von Kraftfahrzeugen gemessen wer- den! ÜBUNGeN Auspuffgase Katalysator Benzin Einspritzung Motor λ -Sonde Steuerung N 2 + 2 CO 2 2 CO + 2 NO Abb. 117.2: Auspuffanlage mit Katalysator Abb. 117.1: Auto-Abgaskatalysator Abb. 117.3: Redox-Reaktionen im Abgaskatalysator Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv