Dreiwegekatalysatoren

Dreiwegekatalysatoren sind Katalysatoren im Abgas von Ottomotoren, die gleichzeitig Stickstoffoxide NOx, Kohlenmonoxid CO und unverbrannte Kohlenwasserstoffe HC reduzieren. Sie arbeiten am besten im stöchiometrischen Bereich des Abgases (ungefähr lambda gleich 1) und wandeln die Schadstoffe in Stickstoff, Kohlendioxid und Wasser um.

Aufbau und Materialien: Typischer Aufbau ist ein Monolithträger aus Keramik oder Metall mit feinen Kanälen, beschichtet mit Edelmetallkatalysatoren. Die Hauptmetalle sind Platin und Palladium zur Oxidation von CO und HC, Rhodium zur NOx-Reduktion. Zur besseren Pufferung von Sauerstoff wird oft ein Sauerstoffspeicher auf CeO2-Basis eingesetzt, der Transienten ausgleicht. Die Bauteile befinden sich nahe am Motor, um eine schnelle Erreichung der notwendigen Betriebstemperatur zu gewährleisten.

Funktionsprinzip und Regelung: Im stöchiometrischen Bereich laufen die drei Reaktionen gleichzeitig ab: CO und HC werden zu CO2 und H2O oxidiert, NOx wird in N2 und CO2 reduziert. Die Motorsteuerung nutzt eine Lambda-Sonde im Abgas, um das Verhältnis von Treibstoff und Luft konstant nahe lambda 1 zu halten, wodurch die Wirksamkeit des Katalysators erhalten bleibt. Temperatur, Alterung des Katalysators sowie Schwefel- und Feuchtigkeitsexposition beeinflussen die Effizienz.

Anwendung und Grenzen: TWCs sind Standardtechnologie in Benzinfahrzeugen mit Abgasrückführung und erfüllen Emissionsgrenzwerte in vielen Regionen. Ihre Leistung ist stark von der Einhaltung eines stöchiometrischen Gemischs abhängig; bei deutlichen Überschüssen von Sauerstoff oder stark verschlissener Katalysatorleistung sinkt die Wirksamkeit. Bei lean-burn-Dualszenarien kommen alternative Systeme wie Lean NOx Traps oder SCR zum Einsatz.