Die technische Definition eines Katalysators ist …

Katalysator kommt aus dem griechischem Wort Katalyse und dies bedeutet soviel wie Auflösung. Ein Katalysator erhöht die Reaktionsgeschwindigkeiten verschiedener chemischer Stoffe. Quasi ein Booster für Reaktionen. Die Stoffe des Katalysators können entweder bei der chemischen Reaktion mit verbraucht werden. Oder auch nur als unverbrauchter Reaktionsbeschleuniger dienen.

Was ist die Aufgabe und Zweck eines Katalysators?

Der Katalysator verhindert das giftige Stoffe, die im Verbrennungsmotor entstehen, durch die Abgasanlage in die Atmosphäre geleitet werden. In den Medien und in der Politik ist häufig die Rede von Schadstoffemissionen im Abgas. Der Abgasstrom wird also durch den Katalysator gereinigt. Der Katalysator wandelt beispielsweise das für den Menschen giftige Kohlenmonoxid in das ungiftige Kohlendioxid um, auch werden Stickoxide in Stickstoff verwandelt. Dies ist allerdings nicht sehr gut für die Umwelt, weil Treibhausgase entstehen.

Bislang gibt es zu Verbrennungsmotoren keine gänzlich schadstofffreie alternative. Obwohl die Fahrzeughersteller immer bessere Verbrennungsmotoren entwickeln, um die Effizienz und die Abgaswerte weiter zu reduzieren, mit dem Ziel, die gesetzlichen Abgasnormen für Neufahrzeuge einzuhalten. Dies geschieht unter anderem mit Hilfe von feineren und besseren Katalysatoren. Die ersten Katalysatoren kamen 1973 auf den Markt auch wenn diese noch nicht sehr effizient waren.

Wie funktioniert ein Katalysator im Detail?

Der Auto Katalysator ist für die Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors zuständig, denn beim Verbrennungsprozess von Benzin wird nicht alles verbrannt. Es entstehen Verbrennungsprodukte, welche die Abgase darstellen. Ein Katalysator ist so aufgebaut, dass im inneren häufig ein hitzebeständiges Keramikgeflecht ausgelegt ist. Die äußere Schicht ist ein Metallgehäuse, dazwischen eingebettet ist eine Dämpfungsschicht aus Drahtgestrick oder eine Keramikfasermatte, weil der Keramikkörper eine andere Wärmeausdehung ausweist. So können sich die Stoffe bei der extremen Hitze ungehindert unterschiedlich stark ausdehnen.

Die Keramik ist mit vielen kleinen Kanälen durchzogen, wodurch das Abgas strömt. Diese Kanäle sind wabenförmig angeordnet. Das Keramikgeflecht ist mit einer Schicht überzogen, welche sich Wash-coat nennt. Hauptsächlich besteht es aus Aluminiumoxid (Al2O3). Diese Schicht ist extrem porös und enthält wertvolle Edelmetalle wie Platin, Roduim und Palladium oder eine Kombination aus denen, welche dann die chemischen Reaktionen hervorrufen. Diese Edelmetalle werden auf den Wash-coat aufgedampft und begünstigen die Reaktionen in dem giftigen Abgasstrom, der durch den Katalysator führt. Die Edelmetalle beschleunigen also die chemische Umwandlung und reagieren nicht selbst mit den Komponenten und dienen als Katalysator – daher auch der Name.

Chemisch wird das durch Oxidations- und Reduktionsvorgänge der Gase erreicht. Aufgrund der porösen Schicht wird die Oberfläche extrem erweitert und die Effektivität des Katalysators steigert sich so enorm, dass ca. 98 % der giftigen Abgase in ungiftigere Endprodukte umgewandelt werden können. Es entstehen auch kleinste Rußpartikel, welche in die Umwelt abgegeben werden. Pro Katalysator werden nicht mehr als 4 bis 9 Gramm dieser wertvollen Edelmetalle verwendet. 1 Gramm der Trägerschicht, also des Wash-coats, kann mehr als die Oberfläche eines Fußballfeldes abdecken. So kommen schnell mehrere hundert Quadratmeter zustande. Die Oberfläche erhöht sich durch die Porösität um das 7000-fache. Der Katalysator wird umgangssprachlich abgekürzt auch Kat genannt.

Die Betriebstemperatur eines Katalysators liegt zwischen 500° und 800° C und diese wird nach dem Starten des Motors in 3 bis 5 Minuten erreicht. Dies ist auch gleichzeitig ein Schwachpunkt von jedem Katalysator, denn bei Kurzfahrten innerhalb der Stadt beispielsweise, werden in der Kaltphase die Abgasemissionen nicht ausreichend gereinigt. Wenn Katalysatoren ausgebrannt sind, dann ist ebenso keine Regelung der Abgasemissionen möglich. Zu weiteren typischen Katalysator-Schäden zählen Brüche des Keramikkörpers durch Stöße oder durch chemische Reaktionen mit Fremdstoffen, wie schlechter Kraftstoff oder Öladditive, wobei der Wash-coat zerstört wird. Oder der Keramikkörper zerbröselt über die Zeit.