Mit Mikrowellen die Emissionen beim Kaltstart senken

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Laut der Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) entstehen rund 90 Prozent aller Schadstoffe in der ersten Minute nach dem Kaltstart eines modernen Ottomotors. Damit der Katalysator bereits von der ersten Motorumdrehung optimal arbeiten kann, forscht Dimopoulos Eggenschwiler, Spezialist für Abgasnachbehandlung im Motorenlabor der Empa an einer neuartigen Vorheizlösung. Dafür möchte er die Stromversorgung des Fahrzeugs nutzen, um den Katalysator schnell und effizient auf 300 Grad Celsius zu bringen.

Die Forscher der Empa entwickelten einen kompakten und gut wärmeleitenden Katalysator aus einer offenporigen Struktur mit einer Spezialbeschichtung. Diese lässt sich von einem kleinen Mikrowellensender innerhalb von zehn Sekunden aufheizen. Die geometrische Gitterstruktur besteht aus dünnen Keramikstreben, die trotz einer geringeren Edelmetall-Beschichtung das darin verwirbelte Abgas effizient reinigt. 

Katalysator aus dem Drucker

Mittels 3-D-Druck fertigten Spezialisten an der "Scuola universitaria professionale della Svizzera italiana" (Supsi) in Lugano einen Prototypen, den die Empa-Forscher danach mit Siliziumkarbid, Zirkoniumoxid und Aluminiumoxid sowie den aktiven Katalysatorsubstanzen Platin, Rhodium und Palladium beschichteten. Erste Tests bestand der neue Kat im künstlich erzeugten Abgasstrom des Empa-Modellgasreaktors mit Erfolg. Nun wollen die Forscher einen 3-D-Kat in Originalgröße in ein Prototypenfahrzeug einbauen und sowohl auf dem Prüfstand als auch im Realbetrieb testen.

Bei der Integration der Mikrowellenheizung sollen ein bis zwei Kilowatt Leistung für zehn bis 20 Sekunden reichen. "Wichtig ist, dass wir nicht die ganze Keramikstruktur aufheizen", erklärt Dimopoulos Eggenschwiler. "Wir wollen die mit wertvollem Batteriestrom erzeugten Mikrowellen nur auf den ersten Teil des Katalysators konzentrieren. Laufen die ersten chemischen Reaktionen ab, wärmt sich der übrige Katalysator sehr schnell auf." Die Tessiner Firma Engicer soll eine Kleinserie des neuen Katalysators fertigen. Von der Neuentwicklung könnten auch Hybridmodelle profitieren, deren Katalysator beim Umschalten auf Elektrobetrieb auskühlt und beim erneuten Starten viele Schadstoffe emittiert.