Der Schwamm macht sauber
Schweizer Forscher haben einen neuen Katalysator für die Reinigung von Abgasen aus Erdgasmotoren entwickelt. Er könnte auch in Autos zum Einsatz kommen.
VILLINGEN, SALZBURG. Fahrzeuge, die mit Erdgas betrieben werden, können dazu beitragen, die Luftqualität zu verbessern. Erdgas stößt bei der Verbrennung im Vergleich zu Benzin- und Dieselkraftstoffen die wenigsten Abgase aus: bis zu 95 Prozent weniger Kohlenmonoxid (CO), bis zu 80 Prozent weniger Kohlenwasserstoff (HC), bis zu 25 Prozent weniger CO2 und bis zu 87 Prozent weniger Stickoxide. Bei der Verbrennung von Erdgas entstehen zudem fast keine Rußpartikel und es verbrennt praktisch geruchsfrei.
Doch ganz sauber verbrennt auch Erdgas nicht: Die beste Option zur Verbrennung von Erdgas ist der Magermixmotor. Er mischt dem Gas in der Brennkammer viel Luft bei, denn das mindert die Menge an Treibstoff, die man zum Betrieb braucht. Magermixmotoren sind effizient. Sie werden vor allem in Gaskraftwerken, in Schiffen und großen Lkw eingesetzt. Nicht in Autos, denn sie haben den Nachteil, dass sie den Treibstoff nicht so gründlich verbrennen wie Erdgasmotoren mit weniger Luftbeimischung: „Beim Verbrennen von Erd- oder Biogas bleiben recht große Mengen seines Hauptbestandteils Methan übrig. Zudem entsteht auch toxisches Formaldehyd“, sagt Oliver Kröcher, Leiter des Labors für Bioenergie und Katalyse am PaulScherrer-Institut PSI.
Methan ist weitaus klimaschädlicher als Kohlendioxid. Um den Ausstoß solcher Schadstoffe zu vermeiden, werden Katalysatoren eingebaut, meist aus dem Edelmetall Palladium, das als Trägermaterial Aluminiumoxid hat. Doch bei Magermixmotoren funktionierte diese Technik bis jetzt nicht optimal: „Herkömmliche Katalysatoren sind im Magermixmotor bei Temperaturen unter 400 Grad zu wenig aktiv“, stellt Oliver Kröcher fest. Niedrige Abgastemperaturen bedeuten aber, dass mehr Energie in die Arbeit des Motors gesteckt wird. Der Wirkungsgrad ist damit höher.
Die Forscher haben also einen Katalysator für Magermixmotoren entwickelt, der das Abgas auch bei niedrigen Temperaturen effektiv behandelt. Er wurde zum Patent angemeldet und könnte eines Tages zusammen mit Magermixmotoren auch in Autos eingebaut werden.
Die Forscher testeten Zeolithe als neue Trägermaterialien. Das sind hochporöse Substanzen auf Basis von Siliziumdioxid. Unter dem Mikroskop sehen sie aus wie ein Schwamm: durchzogen von winzigen Löchern, die über Kanäle miteinander verbunden sind. Eine solche Struktur bietet viel Oberfläche. Wenn sich darin das Palladium fein verteilt, kann es noch aktiver mit den Abgasen reagieren. Ein solcher Katalysator ist effektiver und er arbeitet auch bei niedrigeren Temperaturen gut. Damit der Katalysator länger hält – nicht sintert –, gaben die Forscher dem Palladium Natrium bei. Auf Aluminiumoxid sintert Palladium im heißen Abgas rasch. Das heißt, dass die winzigen Palladiumpartikel zu größeren verschmelzen und der Katalysator damit nicht mehr optimal arbeitet.