Die Arbeiten im Bereich der Abgasreinigung befassen sich mit dem Einsatz von Katalysatoren zur Schadstoffminderung bei Motor- und Industrieabgasen. Dabei stehen insbesondere die Schadstoffe NOx, N2O, CH4, HC, Ruß und CO im Mittelpunkt des Interesses. Ziel ist die Entwicklung innovativer Katalysatoren und neuer effizienter Verfahren zur Emissionsminderung.
Ein zentraler Teil der Forschungsaktivitäten verfolgt das Konzept, ein fundamentales Verständnis für die Oberflächenchemie von Abgaskatalysatoren zu entwickeln, wobei insbesondere Eisen- und Manganoxide sowie die Edelmetalle Platin und Palladium eingesetzt werden. Die Forschung adressiert dabei die Ermittlung der Art der aktiven Zentren, Reaktionsmechanismus und intrinsische Kinetik. Auf dieser Grundlage werden dann global- bzw. elementarkinetische Modelle sowie Struktur-Aktivitäts-Beziehungen erstellt, auf deren Grundlage die gezielte, also wissensbasierte Entwicklung neuer Katalysatoren und Abgasreinigungstechniken ermöglicht wird.
Ein wesentliches Ziel ist darüber hinaus die Substitution der in der Abgasreinigung primär verwendeten Edelmetalle Platin und Palladium durch nachhaltige und ökonomische Katalysatormaterialien (z.B. Eisen- und Manganoxide sowie Mischoxide). Wesentlicher Bestandteil der Arbeiten ist zudem die Reaktormodellierung, mit deren Hilfe die Kopplung von chemischer Reaktion und physikalischen Transportprozessen untersucht wird. Auf Grundlage dieser Kenntnis erfolgt schließlich die Auslegung des Katalysators und des entsprechenden Reaktors.
Folgende Anwendungsfelder werden in den derzeit laufenden Arbeiten adressiert:
- NOx-Reduktion mittels NH3 nach dem SCR-Verfahren (Selective Catalytic Reduction) an V2O5/WO3/TiO2-, Fe/BEA-Zeolith- und Fe2O3/Al2O3-Katalysatoren für O2-reiche Motor- und Industrieabgase
- SCR-Umsetzung unter Verwendung des bei Kraftfahrzeugen eingesetzten Betriebsstoffes AdBlue zur On-Board-Freisetzung von NH3 (Urea-SCR)
- NOx-Reduktion mittels H2 an Platin- und Palladium-Katalysatoren in O2-reichen Abgasen (H2-DeNOx), z.B. für mager betriebene H2-Verbrennungsmotoren und tiefe Abgastemperaturen
- Zersetzung von N2O an Fe2O3/Al2O3-Katalysatoren in Industrieabluft
- Ruß-Oxidation an Eisenoxid- und Manganoxid-Katalysatoren im Abgas von Dieselmotoren und DI-Otto-Motoren
- Oxidation von CO, HC und NO an platin- und palladiumhaltigen sowie eisenoxidbasierten Oxidationskatalysatoren unter mageren Bedingungen (z.B. Dieselabgas)
- CO-Oxidation unter stöchiometrischen Bedingungen an Drei-Wege-Katalysatoren, insbesondere Pd/Al2O3-Modellkatalysatoren
- CH4- und HCHO-Oxidation in O2-reichen Motorabgasen an edelmetallhaltigen und edelmetallfreien Katalysatoren
- CH4-Oxidation an edelmetallfreien Katalysatoren zur O2-Entfernung aus Biogas