RedNOx - Rationales Designen von Pt- und Pd-Katalysatoren für die NOx-Reduktion mittels H2 bei tiefen Temperaturen in mageren Abgasen (Laufzeit: 11/2019 - 10/2021)





Ein neues Forschungsprojekt zur wissensbasierten Entwicklung von Edelmetallkatalysatoren für die Reduktion von Stickoxiden mittels Wasserstoff (H2-DeNOx) wurde im November 2019 gestartet. Das Forschungsvorhaben wird aus durch Fördermittel der Sächsischen AufbauBank (SAB) sowie dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) finanziert. 

Verbrennungsmotoren auf der Basis flüssiger und gasförmiger Kraftstoffe leisten einen wichtigen Beitrag zur Sicherung der Mobilität, sowie zur Erzeugung von Wärme und elektrischem Strom, z.B. in dezentralen Blockheizkraftwerken (BHKW). Insbesondere motorische Blockheizkraftwerke mit Kraft-Wärme-Kopplung spielen vor dem Hintergrund des Klimaplans der Bundesregierung („Energiewende“) eine tragende Rolle, da diese in der Lage sind, Energie flexibel bereitzustellen, wenn die fluktuierenden „erneuerbaren“ Energieträger Wind und Sonne nicht in ausreichender Menge zur Verfügung stehen. 

Allerdings erzielen die Verbrennungsmotoren vor allem unter mageren, d.h. sauerstoffreichen Verbrennungsbedingungen hohe Wirkungsgrade und somit geringere CO2-Emissionen. Den hohen Wirkungsgraden steht der Ausstoß von Schadstoffen, insbesondere von Stickoxiden (NOx) entgegen.  Mit den etablierten Verfahren zur Stickoxidminderung, selektive katalytische Reduktion mittels Ammoniak (SCR) und NOx-Speicherkatalysatoren (NSK), kann allerdings erst ab etwa 200°C eine nennenswerte Reduktion der NOx-Emissionen erreicht werden. Im Realbetrieb liegen die Abgastemperaturen von Dieselmotoren jedoch häufig unterhalb von 200°C, und in BHKW-Anwendungen werden sogar lediglich Temperaturen nach Wärmetauscher von 120°C erreicht. Die einzige Methode zur NOx-Minderung bei tiefen Abgastemperaturen in sauerstoffreichen Abgasen ist die Verwendung von Wasserstoff als Reduktionsmittel (H2‑DeNOx). Die für diese Reaktion effektiven Platin- und Palladiumkatalysatoren haben allerdings den Nachteil, dass die Stickoxide an den Katalysatoren nicht vollständig zu N2, sondern teilweise auch zu N2O umgesetzt werden. N2O hat jedoch eine um den Faktor 310 stärkere Treibhauswirkung als CO2,sodass dessen Emission unbedingt zu vermeiden ist.

Das wissenschaftlich-technische Ziel des RedNOx-Vorhabens ist daher die wissensbasierte Entwicklung eines neuartigen Katalysators für die effiziente NOx-Reduktion mittels H2 in mageren Abgasen. Der entwickelte Katalysator soll folgenden Eigenschaften aufweisen:

·         Hohe H2-DeNOx-Aktivität zwischen ca. 120 und 250°C

·         Selektive NOx-Reduktion zu N2 (keine N2O-Bildung)

·         Hohe Selektivität des H2 für die NOx-Reduktion gegenüber der Reaktion mit O2