Diesel-Kat ohne teures Platin

Die effiziente Zersetzung von Stickoxiden soll helfen, die strengeren EU-Abgasnormen ab 2014 leichter einhalten zu können.

Mit der Abgasnorm "Euro 6" werden in zwei Jahren deutlich strengere Stickoxid-Grenzwerte für Dieselfahrzeuge gelten. Bisher können diese nur mit teuren Platin-Katalysatoren erreicht werden, die mit über 1.000 Euro zu Buche schlagen. Eine günstigere Alternative hat nun ein internationales Forscherteam um Weichao Wang von dem Unternehmen Nanostellar in Redwood City entwickelt. Ihr Katalysator auf der Basis von Manganoxid konnte das giftige Stickstoffmonoxid um 45 Prozent effizienter in Stickstoffdioxid umwandeln als die Reaktionshelfer aus Platin. "Damit könnten Dieselmotoren, die eine höhere Treibstoffeffizienz haben als Benzin betriebene Otto-Motoren, attraktiv bleiben", sagt der Nanostellar-Forscher.

Um ein deutlich günstigeres Katalysator-Material für die Abgasreinigung zu identifizieren waren lange Testreihen mit platinfreien Verbindungen nötig. Besonders wirkungsvoll zeigte sich ein Manganoxid, das die Forscher mit den Elementen Samarium und Gadolinium anreicherten. Bereits bei der relativ niedrigen Temperatur von 120 Grad Celsius konnte der neue Katalysator Stickstoffmonoxid besser zu Stickstoffdioxid oxidieren als herkömmliche Platin-Katalysatoren. Nach dieser Reaktion könnte im weiteren Gasstrom hinter dem Kat dieses Stickoxid mit dem in den Abgasen enthaltenen Ruß zu den ungiftigen Gasen Stickstoff und Kohlendioxid verbrannt werden.

Auf der Basis dieser Labor-Ergebnisse wollen die Wissenschaftler nun erste Prototypen eines neuen Katalysators für Dieselfahrzeuge entwickeln. Die chemischen Elemente dafür sind auch deutlich günstiger als Platin, das pro Feinunze (31,103 Gramm) zu etwa 1.200 Euro gehandelt wird. Allerdings handelt es sich bei Gadolinium und Samarium um Metalle aus der Gruppe der sogenannten Seltenen Erden. Diese von der Industrie schon heute beispielsweise für den Bau von Magneten hoch begehrten Elemente werden derzeit fast ausschließlich in China gewonnen. Bevor Vorkommen an Seltenen Erden auch in anderen Staaten ausgebeutet werden können, vergrößerte sich mit diesen neuen Katalysatoren die Abhängigkeit von chinesischen Exporten weiter.

Quelle: "Mixed-Phase Oxide Catalyst Based on Mn-Mullite (Sm, Gd)Mn2O5 for NO Oxidation in Diesel Exhaust", W. Wang et al.; Science, DOI: 10.1126/science.1225091 (bsc)