Neuer Kat knackt Stickoxide viel effektiver
Forscher der Tokyo Metropolitan University nutzen Wolfram für Gesundheit von Flora und Fauna
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Symbolische Darstellung der Katalysatorwirkung (Grafik: tmu.ac.jp/english) |
Tokio (pte016/28.01.2021/11:40)
Industrielle Abgase lassen sich künftig effektiver von ätzenden Stickoxiden befreien. Toru Murayama, Professor und Chemieingenieur an der Tokyo Metropolitan University https://www.tmu.ac.jp/english/index.html, hat mit seinem Team einen neuartigen Katalysator entwickelt, der die gefährlichen Schadstoffe in allen Betriebszuständen zuverlässig knackt und in harmlose Elemente umwandelt.
[b]Wirkung sinkt bei niedrigen Temperaturen[/b]
Bisherige Katalysatoren arbeiten auf der Basis von Vanadiumoxid. Wenn das Abgas mit Ammoniak angereichert wird, werden Stickoxide in Sauerstoff und Stickstoff aufgespalten, beides harmlose Bestandteile der Luft. Bei Temperaturen von weniger als 400 Grad Celsius arbeitet dieser selektiv wirkende Katalysator (SCR nach dem Englischen selective catalytic reduction) nicht oder nur unzureichend. Deshalb werden die Katalysatoren nahe der Brennkammer installiert, sodass sie einem Hagel von Ascheteilchen ausgesetzt sind. Das lässt sie frühzeitig altern, sodass sie ihre Wirkung verlieren und ausgetauscht werden müssen. Ebenso unzulänglich ist die Reinigungswirkung bei Abgasen, die Wasserdampf enthalten, wie es bei Industrieanlagen oft vorkommt.
[b]Wirkungsgrad sinkt nur minimal[/b]
Die japanischen Forscher lösten das Problem, indem sie einen Teil des Vanadiums durch Wolframatome ersetzten. Das hatte die gewünschte Wirkung. Wenn die Temperatur von idealen 200 bis 400 Grad auf 150 Grad Celsius sank, reduzierte sich der Wirkungsgrad lediglich um fünf Prozentpunkte. Bei einem reinen Vanadiumoxid-Katalysator, der auch bei optimaler Abgastemperatur deutlich weniger effektiv ist als der neu entwickelte, sank die Effektivität beim gleichen Temperaturabfall um 35 Prozentpunkte. Eine der Hauptursachen dafür ist die Entstehung von Wasserdampf bei relativ niedrigen Temperaturen. Der neue Kat ist dagegen jedoch nahezu immun.
[b]Auch Dieselautos können sauberer werden[/b]
Die Forscher stellten fest, dass es nicht reicht, eine beliebige Zahl von Vanadium- gegen Wolframatome auszutauschen. Das Mischungsverhältnis muss äußerst ausgewogen sein, sonst sinkt die durchschnittliche Effektivität. Murayama hofft, dass die Industrie seine Forschungsergebnisse in naher Zukunft in Produkte umsetzt. Möglicherweise ist das neue Material auch geeignet, um effektivere Katalysatoren für Autos zu entwickeln, vor allem für die mit Dieselmotor.
Stickoxide in hohen Konzentrationen schädigen massiv die Pflanzenwelt und verätzen die Atemwege. Aus diesem Grund gibt es strenge Grenzwerte, deren Überschreiten in Deutschland zeitweise mit Fahrverboten geahndet wurden.
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