Katalysator

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Ottomotor

Hier soll nur der geregelte 3-Wege-Katalysator erwähnt sein, da der ungeregelte wenig effizient war.

3-Wege deshalb, weil 3 Reaktionen in ihm stattfinden:
1. Kohlenmonoxid und Sauerstoff reagieren zu Kohlendioxid.
2. Kohlenwasserstoff und Sauerstoff reagieren zu Kohlendioxid und Wasser.
3. Stickoxid und Kohlenmonoxid reagieren zu Kohlendioxid und Stickstoff.

Die exakten Reaktionsgleichungen sehen so aus:

1. 2CO + O2 -> 2CO2
(2 Kohlenmonoxidmoleküle und 1 Sauerstoffmolekül reagieren zu 2 Kohlendioxidmolekülen)
2. 2C2H6 + 7O2 -> 4CO2 + 6H2O
(2 Kohlenwasserstoffmoleküle und 7 Sauerstoffmoleküle reagieren zu 4 Kohledioxidmolekülen und 6 Wassermolekülen)
3. 2NO + 2CO -> 2CO2 + N2
(2 Stickoxidmoleküle und 2 Kohlenmonoxidmoleküle reagieren zu 2 Kohlendioxidmolekülen und 2 Stickstoffmolekülen)

In Worten: Für die ersten 2 Reaktionen ist immer eine korrekte Menge Restsauerstoff im Abgas notwendig. Das erklärt auch, warum ein fettes Gemisch (kein Sauerstoff mehr) diese Reaktionen unmöglich macht. (=> zu viele Kohlenmonoxide und zu viele Kohlenwasserstoffe)
Aber auch ein mageres Gemsich (zu viel Sauerstoff im Abgas) ist schlecht, weil kein Kohlenmonoxid mehr übrig ist, um die 3. Reaktion zu ermöglichen. Es hat dann bereits alles CO mit dem Restsauerstoff reagiert. (=> zu viele Stickoxide)

Das "stöchiometrische" Gemisch (Lambda = 1) ist also so definiert, dass sich nach der Verbrennung noch genau die richtige Menge an überschüssigem Sauerstoff im Abgas befindet, um die 3 Reaktionen möglich zu machen.

Dieselmotor

Da der Dieselmotor grundsätzlich mit Luftüberschuss arbeitet (außer beim Beschleunigen), steht hier nie genug Kohlenmonoxid zur Verfügung, um die 3. Reaktion ablaufen zu lassen. Deshalb heißt der Diesel-Kat auch "Oxidationskatalysator". In ihm finden nur diese Reaktionen statt: 1. Kohlenmonoxid und Sauerstoff reagieren zu Kohlendioxid.
2. Kohlenwasserstoff und Sauerstoff reagieren zu Kohlendioxid und Wasser.
Die exakten Reaktionsgleichungen sehen so aus:

1. 2CO + O2 -> 2CO2
(2 Kohlenmonoxidmoleküle und 1 Sauerstoffmolekül reagieren zu 2 Kohlendioxidmolekülen)
2. CnHm + (n + m/4) O2 -> n CO2 + (m/2) H2O
(Kohlenwasserstoffmoleküle und Sauerstoffmoleküle reagieren zu Kohledioxidmolekülen und Wassermolekülen in passender Anzahl)

Deshalb auch der hohe Stickoxidausstoß der Dieselmotoren, neben Rußpartikeln, die auch nur beim Diesel erzeugt werden.

Quellen

https://de.wikipedia.org/wiki/Fahrzeugkatalysator https://www.mein-autolexikon.de/abgasanlage/katalysator.html

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