EL-MO Elemente und Moleküle, Schulbuch

Exkurs Abgaskatalysator – bleifreies Benzin – Katalysatorrecycling Der Abgas-Katalysator 88 88 Abb. 088–1: Reaktionen im Abgaska- talysator Die drei wichtigsten Gruppen von Schadstoffen in Abgasen von Ottomotoren sind unverbrannte Kohlenwasserstoffe , Stickoxide und Kohlenmonoxid . Die zwei ersten sind Hauptverursacher des fotochemischen Smogs. Er entsteht durch Re- aktion von Kohlenwasserstoffen mit Stickoxiden unter Einfluss von UV-Licht. Sei- ne Zusammensetzung ist kompliziert, die schädlichsten Anteile sind organische Peroxide, die die Smogbildung selbst fördern, für den Menschen lungen- und schleimhautreizend und andererseits auch sehr schädlich für die Vegetation sind. Ein Bestandteil des photochemischen Smogs ist Ozon , ein ebenfalls sehr giftiges Gas, das sich aber sehr gut messen lässt. Es wird daher Ozon als Leit- substanz des photochemischen Smogs gemessen. Kohlenstoffmonoxid ist akut giftig und ebenfalls umweltbelastend. Katalysatorwirkung Der geregelte Abgaskatalysator wandelt alle drei Schadstoffgruppen durch Re- aktion untereinander in unschädliche Verbindungen um. Man nennt ihn daher auch Dreiwegkatalysator. Er besteht meist aus einem porösen Keramik-Träger- körper, auf dem als katalytisch wirksame Substanz Platinmetalle (Pt, Rh, Pd) fein verteilt sind. Diese haben nur wenige Gramm Masse, aber eine sehr große Oberfläche (mehrere Fußballfelder). Die Platinmetalle katalysieren Redox-Reak- tionen der Schadstoffe untereinander. Als Produkt entstehen Stickstoff, Kohlen- stoffdioxid und Wasserdampf. Damit der Katalysator sämtliche Schadstoffe entfernt, ist ein ausgewogenes Verhältnis von Oxidationsmitteln (NO x , O 2 ) und Reduktionsmitteln (CO, Kohlen- wasserstoffe) im Abgas notwendig. Dieses wird durch den Sauerstoffüberschuss im Abgas eingestellt. Der Sauerstoffgehalt des Abgases wird daher gemessen (Lamdasonde), 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 Sauerstoff- gehalt die Stickoxide. 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 jährliche Überprüfung der Abgaswerte von PKWs vorgeschrieben (zur Zeit: „weißes Pickerl“). Ein gut eingestellter und gewarteter Abgaskatalysator verrin- gert die Schadstoffe um über 90 %. Bleifreies Benzin Ein weiterer positiver Nebeneffekt des Abgaskatalysators ist die Verringerung der Bleibelastung durch den Straßenverkehr. Da Bleiverbindungen die katalyti- sche Wirksamkeit der Platinmetalle verhindern, muss bleifreies Benzin getankt werden. Seit 1993 ist verbleites Benzin in Österreich verboten. Ein zusätzlicher umweltschonender Nebenaspekt ist, dass man in unverbleitem Benzin auf „scavenger“ (engl.: Straßenkehrer) verzichten kann. Es sind dies organische Bromverbindungen wie 1,2-Dibromethan, die dazu dienen, Bleioxid, das bei der Verbrennung von verbleitem Benzin entsteht und den Zylinderkopf verlegen würde, in verdampfbares Bleibromid umzuwandeln. Erst so ist verbleites Ben- zin brauchbar. Allerdings entstehen bei der Verbrennung als Nebenprodukt bro- mierte aromatische Verbindungen wie bromierte Dioxine, die sehr giftig sind. All diese Probleme fallen durch die Verwendung unverbleiten Benzins weg. Al- lerdings führte die Eliminierung der Bleiverbindungen im Benzin zu einer Erhö- hung des Anteils an Aromaten (teilweise cancerogen). Katalysator Recycling Durch die große Zahl von PKWs benötigt man steigende Mengen Platinmetalle. Um eine Verknappung dieser sehr seltenen Metalle zu vermeiden, ist das Recy- cling gebrauchter Katalysatoren nötig. Der hohe Preis der Platinmetalle (über 30 € pro Gramm) macht auch das Recycling von kleinen Mengen wirtschaftlich. Auspuffgase Katalysator Benzin Einspritzung Motor -Sonde N 2 + 2 CO 2 2 CO + 2 NO Steuerung 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 Abb. 088–2: Autoabgaskatalysator Abb. 088–3: Auspuffanlage mit Katalysator. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv