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Die Herabsetzung der Aktivierungsenergie ist bei chemischen Reaktionen von großer Bedeutung. Hier begünstigt das Vorhandensein eines Stoffes (Katalysator) eine andere chemische Reaktion wesentlich, ohne dass der Stoff selbst dabei letztlich verbraucht wird. Dies ist möglich, indem der Katalysator in die gewünschte Reaktion eintritt, aber in genau der gleichen Menge auch wieder als Endprodukt dabei entsteht. Ohne die Anwesenheit des Katalysators würde die jeweilige chemische Reaktion sehr viel langsamer, im Extremfall gar nicht erfolgen.
Biologisch wirksame Katalysatoren werden Enzyme genannt.
Bekanntestes Beispiel ist der Katalysator im Automobil zur Reduktion der Abgasemission, bei dem das ganze Gerät nach der chemisch wirksamen Substanz benannt ist.
Der Fahrzeugkatalysator besteht aus einem Gehäuse und einem temperaturstabilen Keramikkern, der durch eine hohe Oberflächenrauhigkeit eine sehr große Oberfläche (mehrere tausend Quadratmeter) aufweist. Auf dieser Trägerkeramik befindet sich die eigentliche Katalysatorsubstanz, meist eine Legierung aus den Elementen Platin, Rhodium und Palladium. Diese ermöglichen eine ausreichend schnelle Umsetzung von bis zu 90% der Verbrennungsschadstoffe Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid und Stickoxyde zu Kohlendioxyd, Wasser und Stickstoff.
Je stärker der Wirkungsgrad von Verbrennungsmotoren optimiert wird, desto höher ist die Verbrennungstemperatur, denn der Wirkungsgrad η einer Wärmekraftmaschine ist stets kleiner (1 - Tmin/Tmax). Bei hohen Verbrennungstemperaturen entstehen jedoch zunehmend mehr Stickoxyde NOx, die beispielsweise maßgeblich an der Bildung von Sommersmog beteiligt sind.
Bei einem so genannten Dreiwegekatalysator findet die Umwandlung aller drei Schadstoffkomponenten (CO, HmCn, NOx) parallel zueinander ab. Voraussetzung ist konstantes Luft-Kraftstoff-Gemisch (stöchiometrisches Verhältnis, Lambda=1) von 14 g Luft pro Gramm Kraftstoff, das im Fahrzeug durch die Lambdasonde sichergestellt wird. Diese Katalysatoren wirken zugleich als Oxydationskatalysatoren (CO, HmCn zu CO2, H20) und Reduktionskatalysatoren (NOx zu N2, O2)
Im Zug der Verbreitung von Fahrzeugkatalysatoren wird vor allem in der Nähe von Autobahnen eine zunehmende Platinkonzentration in der Umwelt festgestellt (das 70-fache des natürlichen Wertes), über deren eventuelle Folgen noch keine gesicherten Erkenntnisse vorliegen.
Chemie
Fahrzeugkatalysator
Externe Weblinks