NOx-Molekül, bestehend aus Stickstoff (blau), Sauerstoff (rot).
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Ein Forscherteam am PSI hat die chemischen Vorgänge der Selektiven Katalytischen Reduktion (SCR) in einer Kupfer-Zeolith-Verbindung unter Röntgenlicht erforscht. "Vereinfacht gesagt durchleuchten wir das Katalysatormaterial mit stark gebündelten Röntgenstrahlen", erläutert PSI-Forscher Maarten Nachtegaal. "Damit können wir auf Ebene der Kupfer-Atome und der daran gebundenen Moleküle erkennen, was während der Reaktionen passiert."
Mithilfe der zeitaufgelösten Spektroskopiemethode konnten die Forscher den Verlauf der Reaktionen beobachten und so Rückschlüsse darauf ziehen, warum die Reaktionsprozesse unter verschiedenen Bedingungen unterschiedlich verlaufen. Schließlich ändern sich während der Fahrt immer wieder Abgas-Temperatur oder die dem Katalysator zugeführten Ammoniak- und Stickoxid-Mengen.
Ammoniak-Dosierung optimiert SCR-Kat
Für eine optimale Abgasreinigung scheint die Menge an Ammoniak entscheidend zu sein. Bei niedrigen Temperaturen hemmt es die Leistungsfähigkeit des Kupfers im Katalysator. "Ammoniak ist notwendig, um die Stickoxide abzubauen. Wenn aber zu viel Ammoniak vorhanden ist, kann der Katalysator nur eingeschränkt arbeiten", sagt PSI-Forscher Davide Ferri. Die Regelung des Katalysators sollte demnach abhängig von Temperatur und Betriebszustand verschiedene Mengen an Ammoniak einspritzen.
Um die Leistungsfähigkeit von SCR-Katalysatoren verbessern zu können, wurde daraufhin der Kupfer-Zeolith-Katalysator unter realistischen Betriebsbedingungen untersucht: "Wir haben im Labor bei wechselnden Temperaturen unterschiedliche Mengen an Ammoniak zugegeben und gemessen, welche Ammoniakdosierung jeweils das beste Ergebnis liefert", sagt Ferri. "Damit können wir nun genau sagen, wann dem Katalysator wie viel Ammoniak zugeführt werden sollte, um die Stickoxide im Abgas zu jeder Zeit so gering wie möglich zu halten."