Katalysatoren

Umweltschutz hat heute einen großen Stellenwert. In den letzten Jahrzehnten des 20. Jahrhunderts entwickelte sich dieses Bewusstsein auch in der Automobilindustrie. Der Katalysator ist ein Bauteil, das die Abgasreinigung signifikant unterstützt. In den ersten nennenswerten Großserienproduktionen fand der Katalysator in den 1980ern seinen Einzug. Seither hat sich der Kat erheblich weiterentwickelt.

In den ersten Fahrzeugen waren noch ungeregelte Katalysatoren eingebaut, es folgten die geregelten Kats. Allerdings bezieht sich die Regelung nicht auf den Katalysator selbst, sondern auf die abgestimmte Motorregelung anhand des Motormanagements, welches durch die fortschreitende Elektronik (Steuergeräte) möglich wurde. Wie es der Name schon andeutet, ist der Kat selbst nur indirekt an der Abgasreinigung beteiligt. Ohne näher auf den Aufbau einzugehen: es befinden sich bestimmte Stoffe (Edelmetalle) im Katalysator. Treffen nun Abgase (Stickoxide NOx) in einer bestimmten Zusammensetzung in einem sauerstoffarmen und warmen Milieu auf diese Stoffe, kommt es zu einem chemischen Prozess - die Abgase wandeln sich zu Wasser und CO2.

Die Unterscheidungsmöglichkeiten sind vielfältig. Zunächst kann bezüglich der technischen Bauweise eine Unterscheidung getroffen werden. Katalysatoren müssen den Abgasen eine große Oberfläche bieten. Daher auch der wabenförmige Aufbau. Als Trägermaterial wird hier entweder Keramik oder Metallfolie verwendet. Bei Keramikträgern können die Edelmetalle besser zurückgewonnen werden. Dafür sind sie deutlich hitzeempfindlicher. Metallkatalysatoren bieten eine größere Oberfläche, weil die Wandstärken noch dünner werden. Er ist auch deutlich weniger hitzeempfindlicher und besser gegen Stöße und Vibrationen geschützt.

Darüber hinaus muss zwischen Katalysatoren für Ottomotoren und für Dieselmotoren unterschieden werden. In den Dieselabgasen befindet sich deutlich mehr Sauerstoff, weshalb eine andere Katalyse erforderlich ist. Die dritte Unterscheidung ist eher dem Fortschritt gewidmet. Bislang herkömmliche Katalysatoren sind mit einer Lambdasonde ausgekommen. Moderne Katalysatoren dagegen besitzen auch nach dem Kat einen Abgassensor. Wie sauber die Abgase aus dem Kat kommen, beeinflusst maßgeblich das Motormanagement.

Die Antwort ist kurz und prägnant: nein. Der Katalysator wird zumindest beim Diesel immer wieder mit dem Rußpartikelfilter verwechselt, welcher durchaus gereinigt werden kann durch eine Spülung. Allerdings wird das Reinigen des Rußpartikelfilters von Laien immer wieder mit dem Katalysator verwechselt. Und dann fragen natürlich auch die Besitzer eines Fahrzeugs mit Ottomotor, ob denn nicht der Kat gereinigt werden könnte. Die haben allerdings eine stark eingeschränkte Möglichkeit, den Kat eventuell wieder etwas leistungsfähiger zu bekommen.

Ein 3-Wege-Kat wird im Lauf der Zeit vergiftet oder überhitzt. Beim Überhitzen (Temperaturen über 900 Grad Celsius) setzt der Vorgang des Sinterns ein und verkleinert die Katalysatorenoberfläche (thermisches Altern). Ansonsten kommt es entweder zu einer chemischen oder einer mechanischen Vergiftung. Bei der chemischen Vergiftung erfolgt ein nicht erwünschter und unkontrollierter chemischer Prozess. Der kann durch Additive, schlechten Kraftstoff, eine schlechte Verbrennung usw. ausgelöst werden. Die katalytische Schicht wird dabei maßgeblich zerstört.

Die mechanische Vergiftung ist die, die eventuell (angeblich) etwas verbessert werden kann. Blei und Schwefel aus Öl- und Kraftstoffrückständen lagern sich dabei auf der katalytischen Oberfläche (ohne chemischen Prozess) ab. Durch ein Erhitzen des Kats ist es eventuell möglich, diese Schicht zumindest teilweise abzubrennen. Dazu müsste der Kat 10 bis 15 Minuten bei einer Drehzahl ab 4.000 Umdrehungen erhitzt werden. Allerdings besteht dann auch das Risiko, den Kat zu überhitzen, falls aufgrund der eingeschränkten Funktion überhaupt noch genug Leistung abgerufen werden kann. Dieser Weg ist nicht zu empfehlen und bringt kaum Verbesserung.

Auch hier handelt es sich um eine ähnlich hypothetische Aussage ähnlich wie beim eventuellen Leerbrennen des Kats. Ein Mitarbeiter vom TÜV stellte einst in den Raum, dass das Anschleppen mit Katalysator nicht gut sei, da Benzin in den Kat gelangt und sich hier später entzünden könne. Allerdings würde das das Starten des Motors auch in anderen Situationen beeinflussen. Tatsächlich kann es bei schlechtem Startverhalten dazu kommen, dass nicht verbrannter Kraftstoff in den Kat gelangt. Dieser kann sich hier auch entzünden. Daraus resultierend kann es sogar zu einem Schaden am Motor kommen. Dieses Verhalten ist jedoch sehr selten. Kurzes Anschleppen sollte daher genauso möglich sein wie mehrere Startversuche des Motors über den Zündschlüssel. Im Übrigen ist die Rede vom Anschleppen (sodass der Motor wieder läuft) und nicht vom Abschleppen.

Hier gilt es festzuhalten, dass Hitze nicht grundsätzlich schlecht ist. Weil beispielsweise der Diesel relativ "kalt" verbrennt, muss der Katalysator möglichst nah am Motor eingesetzt werden, denn Wärme spielt bei dem chemischen Prozess eine wichtige Rolle. Andererseits haben wir bereits geschrieben, dass ein Kat bei Temperaturen ab 900 Grad echte Probleme bekommt.

Die Wirkung des Kats setzt ein um die 250 Grad. Die durchschnittliche Betriebstemperatur liegt zwischen 400 und 900 Grad. Hier beträgt die Effizienzrate rund 90 Prozent. Über 900 Grad setzt die thermische Alterung ein, über 1.000 Grad kann der Kat schmelzen und er wird zerstört.

Ein defekter Kat lässt sich unterschiedlich feststellen: Leistungsmangel, unrunder Motorlauf, Motor geht immer aus usw. Außerdem besteht die Extremsituation des zerstörten Kats, beispielsweise durch eine geschmolzene Keramik. Dann wird der Auspuff verschlossen und das Kurbelgehäuse des Motors aufgepumpt. Wird der Druck so groß, dass der Motor nicht mehr über die Kurbelgehäuseentlüftung entlüften kann, drückt es den Druck als auch Motoröl aus dem Ölmessstab.