Das Ziel des Vorhabens war die Entwicklung eines H₂-DeNO_x-Katalysators für die Minderung von Stickoxiden im Abgas von mageren H₂-Verbrennungsmotoren, die Lkw, schwere Pkw, Schiffe und stationäre Anwendungen, insbesondere BHKW, umfassen. Die genannten Motoren sind größtenteils noch nicht marktreif verfügbar, benötigen aber für die aktuelle und zukünftige gesetzliche Zertifizierung eine effiziente Abgasnachbehandlung für NO_x. 

Die Neuartigkeit des hier verfolgten DeNO_x-Ansatzes lag in der Verwendung des Reduktionsmittels H₂, das im Bereich typischer Abgastemperaturen (250 - 450 °C) Stickoxide wirkungsvoll mindern soll. Der für die
NO_x-Reduktion benötigte Wasserstoff wird konzeptionell aus dem vorhandenen Kraftstofftank bereitgestellt. 

Die Entwicklung der H₂-DeNO_x-Katalysatoren erfolgte mittels eines Hochdurchsatzscreenings, in dem ca. 900 verschiedene pulverförmige Katalysatorformulierungen erschlossen wurden. Daraus gingen erstmals Katalysatorproben hervor, die in praxisrelevantem Modellabgas aussichtsreiche NO_x-Umsätze zwischen 250 und 450 °C erzielten. Zu erwähnen ist, dass die Katalysatortests primär in Gegenwart von 1 Vol.-% H₂, also einem relativ hohen Gasphasenanteil, durchgeführt wurden. Die aktivsten Proben sind Trägerkatalysatoren, die Edelmetall als Aktivkomponente und binäre und ternäre Metalloxide als Träger enthalten. Besonders bemerkenswert ist, dass die genannten Katalysatoren NO_x nicht nur zu N₂, sondern signifikant zu NH₃ reduzieren. Die damit eröffnete Möglichkeit, das gebildete NH₃ für die Reduktion von noch nicht umgesetztem NO_x an einem nachgeschalteten SCR-Katalysator zu nutzen, konnte im Rahmen des Projekts an Pulverschüttungen erfolgreich validiert werden. So wurde das am H₂-DeNO_x-Katalysator gebildete NH₃ vollständig an einem nachgeschalteten Cu-Chabasit-Zeolith-Katalysator für die SCR-Reaktion genutzt, wodurch der Gesamtumsatz an NO_x deutlich erhöht wurde. Damit ist es erstmals gelungen, ohne Dosierung von NH₃ oder eines NH₃-Precursors (z. B. Harnstoff) in magerem Abgas zwischen 250 und 450°C eine signifikante NO_x-Reduktion zwischen 45% (bei 450°C) und 100% (bei 250°C) zu erzielen. Zudem wurde gezeigt, dass der NO_x-Umsatz stark von der eingesetzten H₂-Menge abhängt, d. h. in Gegenwart von 0,2 und 0,5 % H₂ fällt der NO_x-Umsatz gegenüber 1 % H₂ entsprechend geringer aus. Analog der Tieftemperatur-H₂-DeNO_x-Reaktion kommt es jedoch auch im Hochtemperaturbereich zur Bildung von N₂O. Im Gegensatz zu tieftemperaturaktiven Edelmetall-Katalysatoren besitzen die pulverförmigen Katalysatoren nur geringe Edelmetall-Gehalte. Daher ist davon auszugehen, dass diese H₂-DeNO_x-Katalysatoren aufgrund ihres geringeren Edelmetallgehalts ökonomisch deutlich günstiger sein werden als herkömmliche Diesel-Oxidationskatalysatoren oder Drei-Wege-Katalysatoren. Die vorgestellten Ergebnisse stellen einen guten Ausgangspunkt für vertiefende Untersuchungen und Optimierungen im anvisierten Folgeprojekt in Bezug auf die Zusammensetzung zur gezielten Steigerung der DeNO_x-Aktivität bzw. Verbesserung der N₂- und H₂-Selektivitäten sowie die Übertragung auf technisch relevante Wabenkörpersysteme der Katalysatoren dar.

Forschungsvereinigung:
Forschungskuratorium Maschinenbau e.V. 
Lyoner Straße 18 
60528 Frankfurt am Main

Weitere beteiligte Forschungseinrichtung:
Technische Universität Chemnitz 
Institut für Chemie 
Professur Chemische Technologie 
09107 Chemnitz

Weitere Informationen und der Schlussbericht können unter info [at] fkm-net [dot] de (info[at]fkm-net[dot]de) angefragt werden.

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