Projekt

Bisher enthalten Drei-Wege-Katalysatoren zur Abgasreinigung von Benzinfahrzeugen einen Großteil der weltweit geförderten Edelmetalle Palladium und Rhodium und zusätzlich das Seltenerdmetall Cer. Ziel ist die Entwicklung von Abgasreinigungskatalysatoren mit deutlich reduziertem Edelmetall- und Cer-Gehalt. Dazu wird ein neuer Entwicklungsprozess verwendet, bei dem aufwändige Motorversuche durch Computersimulationen ersetzt werden, die das Zusammenspiel zwischen Katalysatormaterialien und Motor berechnen. Verbindungen, die sich anhand von theoretischen Berechnungen als thermodynamisch stabil erwiesen haben, wurden im Labormaßstab hergestellt und mittels Röntgendiffraktometrie untersucht. Im Projektverlauf wurden auf diese Weise 250 neue Materialien hergestellt.

Aus drei Elementkombinationen wurden voll formulierte Katalysatoren synthetisiert. Diese und gängige Katalysatormaterialien wurden im Labor mit verschiedenen Testverfahren auf das Umsatzverhalten untersucht. Basierend auf den experimentell gewonnenen Daten konnten kinetische Modelle entwickelt werden, welche in der Lage sind, verschiedenen Aspekte eines Katalysators abzubilden.

Im Modell werden die chemischen Eigenschaften der Katalysatormaterialien mit dem Verhalten des Katalysators bei laufendem Motor gekoppelt. So kann das Regelverhalten der Katalysatoren schon früh im Entwicklungsprozess systematisch berücksichtigt werden. Außerdem werden die verschiedenen Betriebsverhalten (Kaltstart, Sauerstoffspeicher und stationärer Umsatz) dargestellt. So können nach der Simulation die zu erwartenden Emissionen verschiedener Katalysator-Prototypen miteinander verglichen werden. Durch Betrachtung der Schicht- und Zonenstruktur des Katalysators können Reduktionsreaktionen am Rhodium und die Oxidationsreaktionen am Palladium untersucht werden und damit der Katalysatoraufbau und die chemische Zusammensetzung optimiert werden.

Im Projektverlauf wurden zahlreiche neuartige Testverfahren und Materialien im Katalysatorherstellungsprozess etabliert. Durch die Entwicklung einer auf neuartigen Materialien aufgebaute Katalysatortechnologie im Bereich der Drei-Wege-Katalyse, konnten bis zu 40 % Edelmetallgehalt eingespart werden bei gleichzeitig erhöhter Schadstoffumsetzung und besseren Sauerstoffspeichereigenschaften.