{"id":10027,"date":"2017-12-05T15:57:00","date_gmt":"2017-12-05T14:57:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.umweltperspektiven.ch\/?p=1398"},"modified":"2022-02-09T11:06:54","modified_gmt":"2022-02-09T10:06:54","slug":"empa-forscher-setzen-katalysator-gegen-kaltstart-ein","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.organisator.ch\/de\/sustainability\/2017-12-05\/empa-forscher-setzen-katalysator-gegen-kaltstart-ein\/","title":{"rendered":"Empa-Forscher setzen Katalysator gegen Kaltstart ein"},"content":{"rendered":"<figure id=\"attachment_1399\" aria-describedby=\"caption-attachment-1399\" style=\"width: 680px\" class=\"wp-caption alignnone\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"size-medium wp-image-1399\" src=\"\/\/www.umweltperspektiven.ch\/wp-content\/uploads\/2017\/12\/Empa-Forscher-setzen-Katalysator-gegen-Kaltstart-ein-UP_Umweltperspektiven-.jpeg\" alt=\"\" width=\"680\" height=\"484\" \/><figcaption id=\"caption-attachment-1399\" class=\"wp-caption-text\">Um Feindstaub einzud\u00e4mmen, entwarfen Empa-Forschende einen Versuchskatalysator mit Potential. (Bild: Empa)<\/figcaption><\/figure>\n<p>Ein Katalysator k\u00f6nnte es richten, denn die jetzigen Verbrennungsmotoren stehen immer wieder in der Kritik. Zuerst waren es russende Diesel, denen man dann allerdings mit Partikelfiltern \u00abhelfen\u00bb konnte. Danach r\u00fcckten, wiederum beim Diesel, sch\u00e4dliche Stickoxide in den Brennpunkt, die man mit komplizierten Abgasnachbehandlungssystemen (vermeintlich) in den Griff bekam \u2013 oder eben auch nicht, wie der Dieselskandal zeigte. Was in der Diesel-Debatte oft \u00fcbersehen wird: Auch Benzinmotoren tragen zur Feinstaubbelastung in den St\u00e4dten bei. Besonders dort, wo viele Motoren kalt gestartet werden. Rund 90 Prozent aller Schadstoffe entstehen in der ersten Minute nach dem Kaltstart eines modernen Benzinmotors.<\/p>\n<p><strong>L\u00f6sung f\u00fcr das Kaltstartproblem <\/strong><\/p>\n<p>Anders ausgedr\u00fcckt: Die ersten 500 Meter Fahrt belasten die Luft genauso stark wie die n\u00e4chsten 5\u2018000 Kilometer, falls man nonstop so weit fahren w\u00fcrde. Um die Luftqualit\u00e4t weiter zu verbessern, sind also Auto-Katalysatoren erforderlich, die m\u00f6glichst schnell warm werden \u2013 oder, noch besser, bereits bei der ersten Motorumdrehung nach dem Anlassen das Abgas effizient reinigen. Potis Dimopoulos Eggenschwiler, Spezialist f\u00fcr Abgasnachbehandlung im Motorenlabor der Empa, forscht seit knapp zwei Jahren mit Unterst\u00fctzung des Schweizerischen Nationalfonds (SNF) und des Bundesamts f\u00fcr Umwelt (BAFU) an einer L\u00f6sung f\u00fcr das Kaltstartproblem, das die Luft vor allem in St\u00e4dten und bei kalten Aussentemperaturen stark belastet.<\/p>\n<p>Und die hohen Kaltstartemissionen betreffen nicht nur Millionen von Benzinern, sondern auch Hybridmodelle. Diese schalten im Stadt- bzw. Kurzstreckenverkehr immer wieder auf den Elektromotor um; in diesen Phasen k\u00fchlen der Verbrennungsmotor und vor allem der Kat wieder ab, und zwar zum Teil unter die optimale Betriebstemperatur. Schaltet die Regeltechnik dann wieder auf den Benziner um, str\u00f6men erneut schadstoffhaltige Abgase durch den (ausgek\u00fchlten) Kat, fast wie nach einem Kaltstart.<\/p>\n<p>Damit der Kat von der Stromversorgung des Autos mit m\u00f6glichst wenig Energie auf 300 Grad Celsius aufgeheizt werden kann, noch bevor der Motor anspringt, muss er klein sein und W\u00e4rme m\u00f6glichst gut leiten. Dimopoulos Eggenschwiler hat mit seinem Team eine offenporige Struktur mit einer Spezialbeschichtung entwickelt, die von einem kleinen Mikrowellensender innert zehn Sekunden aufgeheizt werden kann \u2013 \u00e4hnlich wie beim Mikrowellenherd zu Hause. Bereits im Jahr 2012 hat der Empa-Forscher einen besonders effizienten Katalysator entwickelt \u2013 einen Keramik-Abguss eines Polyurethanschaums, der die Abgase besser verwirbelt und weniger Gegendruck erzeugt als ein Katalysator mit herk\u00f6mmlicher, wabenf\u00f6rmiger Struktur.<\/p>\n<p><strong>Keramik aus dem 3D-Drucker<\/strong><\/p>\n<p>Aus dem \u00abSchaum-Kat\u00bb entstand nun die n\u00e4chste Idee: eine geometrische Gitterstruktur aus d\u00fcnnen Keramikstreben, die mit einer geringeren Edelmetall-Beschichtung auskommt, das darin verwirbelte Abgas aber trotzdem effizient reinigt. \u00abZun\u00e4chst haben wir am Computer nach einer optimalen Struktur gesucht\u00bb, so Dimopoulos Eggenschwiler. \u00abEine Struktur, die sich schnell aufheizt, chemische Reaktionen beschleunigt und dabei die Durchstr\u00f6mung so wenig wie m\u00f6glich behindert.\u00bb<\/p>\n<p>Dann galt es, die Struktur in Keramik nachzubauen. Spezialisten an der \u00abScuola universitaria professionale della Svizzera italiana\u00bb (SUPSI) in Lugano fertigten das am Computer entworfene Gitter mittels Stereolithographie, eine Art 3D-Druck aus Fl\u00fcssigkeiten und UV-Licht. Die Empa-Forscher beschichteten die Keramik danach mit Siliziumkarbid, Zirkoniumoxid und Aluminiumoxid \u2013 und den aktiven Katalysatorsubstanzen Platin, Rhodium und Palladium. Die Tessiner Firma EngiCer SA \u00fcbernimmt die Fertigung der ersten Kleinserien und ist in der Lage, bei gr\u00f6sserem Bedarf ihre Kapazit\u00e4ten auszuweiten. Mit dabei ist auch der Schweizer Katalysatorhersteller HUG Engineering AG.<\/p>\n<p>Die am Computer entworfene geometrische Keramikstruktur des Versuchskatalysators. Spezialisten der Empa beschichteten sie mit der aktiven Schicht und testeten die Reinigungswirkung in einem k\u00fcnstlichen Abgasstrom.<\/p>\n<p>Der wahrscheinlich weltweit erste Abgaskatalysator aus dem 3D-Drucker erf\u00fcllte im Praxis-Test s\u00e4mtliche Erwartungen: Im k\u00fcnstlich erzeugten Abgasstrom des Empa-Modellgasreaktors reinigte die neue Polyeder-Geometrie die Schadstoffe sogar noch besser als der Schaum-Kat aus dem Jahr 2012. Nachdem erste Laborversuche mit kleinen Modell-Kats erfolgreich verlaufen sind ist nun ein Nachfolgeprojekt in Vorbereitung:\u00a0 Ein 3D-Kat in Originalgr\u00f6sse wird in ein Prototypenfahrzeug eingebaut und dann auf dem Pr\u00fcfstand und auf der Strasse erprobt.<\/p>\n<p>Im n\u00e4chsten Schritt soll die Mikrowellenheizung integriert werden. \u00abWichtig ist, dass wir nicht die ganze Keramikstruktur aufheizen\u00bb, erkl\u00e4rt Dimopoulos Eggenschwiler. \u00abWir wollen die mit wertvollem Batteriestrom erzeugten Mikrowellen nur auf den ersten Teil des Katalysators konzentrieren. Laufen die ersten chemischen Reaktionen ab, w\u00e4rmt sich der \u00fcbrige Katalysator sehr schnell auf.\u00bb Ein bis zwei Kilowatt Leistung f\u00fcr zehn bis 20 Sekunden k\u00f6nnten aus der Autobatterie leicht abgezweigt werden, sagt der Abgasspezialist. \u00abDas m\u00fcsste reichen.\u00bb Sobald der Motor l\u00e4uft, liefert das Abgas und die chemischen Reaktionen im Katalysator selbst gen\u00fcgend Hitze, um diesen warm zu halten. Dann kann die Mikrowelle abgeschaltet werden. Kaltstartemissionen k\u00f6nnten somit bald Geschichte sein.<\/p>\n<p><a href=\"\/\/www.empa.ch\">http:\/\/www.empa.ch<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Ein Katalysator k\u00f6nnte es richten, denn die jetzigen Verbrennungsmotoren stehen immer wieder in der Kritik. Zuerst waren es russende Diesel, denen man dann allerdings mit Partikelfiltern \u00abhelfen\u00bb konnte. 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