Availability: Autoabgaskatalysatoren | Technische Universität München

Autoabgaskatalysatoren: Grundlagen - Herstellung - Entwicklung - Recycling - Ökologie : mit 309 Bildern und 65 Tabellen

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Bibliographic Details
Main Author:	Hagelüken, Christian (Author)
Format:	Book
Language:	German
Published:	Renningen expert verlag 2016
Edition:	3. Auflage
Series:	Kontakt & Studium Band 612
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adam_text	Inhaltsverzeichnis Der Autoabgaskatalysator: Ein komplexes System 1 Christian Hagelüken 1 Der Autoabgaskatalysator: Allgemeine Grundlagen 3 Jürgen Gieshoff 1 Einführung und Motivation 3 2 Grundlagen der Abgaskatalyse 6 2 1 Allgemeine Darstellung der Verbrennungsprozesse im Motor 6 2 2 Übersicht über Abgasreinigungskonzepte 8 2 3 Reaktionen im Autoabgaskatalysator 9 2 4 Katalysatorsysteme 11 3 Grundlagen der heterogenen Katalyse 12 3 1 Einleitung 12 3 2 Teilschritte einer heterogen katalysierten Reaktion 14 3 3 Physisorption und Chemisorption 15 3 4 Adsorptionsisotherme 17 3 5 Die Kinetik heterogen katalysierter Reaktionen 19 3 6 Beschreibung der Geschwindigkeitskonstante 20 3 7 Diffusionsvorgänge 22 371 Äußerer Stofftransport 22 372 Diffusionsvorgänge im Porengefüge des Katalysators 22 3 8 Zusammenhang zwischen Umsatz und Katalysatorbelastung 24 4 Parameter der Katalysatorleistung 25 5 Literatur 26 2 Katalysatorträger und Dieselpartikelfilter: Schlüssel zur Abgasnachbehandlung 27 Ingo-C Tilgner 1 Einführung 27 2 Trägermaterialien 28 3 Herstellung von Keramikträgern 30 4 Zellgeometrien und Trägertypen 32 5 Physikalische und mechanische Eigenschaften 3 5 1 Dichte und Porosität 3 5 2 Thermische Eigenschaften 3 5 3 Festigkeit 3 5 4 Abgasgegendruck 4 6 Dünnwandträger 42 7 Dieselpartikelfilter DPF 43 8 Zusammenfassung 46 9 Literatur 46 3 Der Autoabgaskatalysator: Zusammensetzung, Herstellung, Testverfahren und Entwicklungstendenzen 47 Jürgen Gieshoff 1 Aktive Komponenten 47 1 1 Trägeroxide 48 111 Aluminiumoxid 48 112 Siliziumdioxid 49 113 Titandioxid 49 1 2 Weitere oxidische Zuschlagstoffe 49 121 Sauerstoff-Speicherkomponenten 49 122 Zeolithe 50 123 Stickoxid-Speicherkomponenten 50 1 3 Edelmetalle 51 14H erste llverfah re n 52 2 Katalysatorcharakterisierung 54 2 1 Physikalische Messmethoden 54 2 2 Chemische Analyse 56 2 3 Strukturanalyse 56 2 4 Dispersion der katalytisch aktiven Komponenten 57 2 5 Testverfahren zur Bestimmung der katalytischen Aktivität 58 251 Testverfahren am Motor 58 252 Fahrzeugtests 62 3 Simulation des Verhaltens von Autoabgaskatalysatoren 65 3 1 Einleitung 65 3 2 Grundlagen 66 3 3 Simulationsbeispiel für eine Dieselapplikation 67 321 Einfluss der Abgastemperatur 67 322 Einfluss der Rohemissionen 68 4 Schädigungen des Katalysators 70 4 1 Thermische Deaktivierung 70 411 Sinterung des Edelmetalls 70 412 Sinterung der Trägeroxide 71 413 Reaktionen der Washcoatkomponenten untereinander bzw mit dem Träger 72 414 Vergiftungsprozesse 72 4 2 Auswirkungen der Deaktivierungsprozesse 74 5 Entwicklungstendenzen 74 5 1 Entwicklung der Drei-Wege-Anwendung 74 511 Einleitung 74 512 Beschichtungsentwicklung 75 513 Entwicklung von hochtemperaturstabilen Katalysatoren 76 5 2 Dieseloxidationskatalysatoren 78 521 Einleitung 78 522 Einsatz von Dieseloxidationskatalysatoren vor dem Abgasturbolader 79 523 Alterungsphänomene bei Dieseloxidationskatalysatoren 80 5 3 NOx-Abgasreinigung für magere Motorenkonzepte 84 531 Selektive katalytische Reduktion 8 532 NOx-Adsorber-Technologie 91 5 4 Partikelreduktion durch katalysierte Filter 101 541 Regenerationsverfahren 101 542 Beschichtugsvarianten und Einfluss des Filtersubstrates 10 543 Typischer Systemaufbau 10 544 Vermeidung von Emissionen während des Rußabbrandes 10 545 Katalytische Partikelfilter zur Unterstützung des Dieseloxidationskatalysators 10 546 Partikelfilter mit NOx-Reduktionspotential 11 6 Ausblick 11 7 Literatur 11 4 Die Märkte der Katalysatormetalle Platin, Palladium und Rhodium 11 Christian Hagelüken 1 Einführung 11 2 Verfügbarkeit und Lagerstätten der Platinmetalle 11 3 Entwicklung von Angebot und Nachfrage 11 3 1 Angebot 11 3 2 Nachfrage 12 4 Preisentwicklung 12 4 1 Preisauswirkungen auf die Automobilindustrie 12 4 2 Einfluss der russischen PGM-Exporte 12 4 3 Preisentwicklung seit 2000 12 4 4 Ursachen der Preisvolatilität der Platinmetalle 13 5 Ausblick 13 6 Absicherungsmöglichkeiten für die Automobilindustrie 13 7 Literatur 13 5 Integration und Betrieb von Katalysatoren in Abgasanlagen 13 Georg Wirth, Julia Halbei und Heike Többen 1 Einleitung 13 2 Heutige Katalysatorsysteme 13 3 Theoretische Optimierungen am System 14 3 1 Strömungsverteilung und Aufwärmung des Systems 14 311 Grundsätzliche Aspekte zur Strömungsverteilung 14 312 Bestimmung der Strömungsverteilung und Anspringphase / Katalyse 14 313 Light Off 14 314 Konvertierungsrate 14 315 Alterung 14 3 2 Abgastemperatur 15 3 3 Festigkeitsberechnung 153 4 Katalysatorsysteme mit Metall- und Keramikträgern 154 4 1 Systeme mit Metallträgern 155 4 2 Systeme mit Keramikträgern 156 5 Belastungen am Katalysatorsystem 158 6 Monolithlagerung im Katalysatorsystem 160 7 Fertigungsverfahren beim Canning von Katalysatoren 165 8 Lebensdauernachweis am System 170 9 Konzepte für weiter verschärfte Grenzwerte 173 9 1 Ottomotoren 173 9 2 Dieselmotoren 174 921 Abscheidesysteme (Rußfilter) 175 922 Filtermaterialien 176 923 Filterregeneration 178 924 Beispiele für die Fahrzeugintegration 184 10 Zusammenfassung 185 11 Literatur 186 6 Einsatz von Sensoren bei der Abgasreinigung 188 Thomas R Schulte 1 Einleitung 188 2 Lambda-Sonde 190 2 1 Funktion und Sondentypen 191 2 2 Material 196 2 3 Herstellungsverfahren 197 3 Abgastemperatursensoren (ATS) 199 3 1 Thermoelemente 200 3 2 Metall-Widerstandsthermometer 202 3 3 Heißleiter (NTC) 205 4 NOx-, CxHy- und NH3-Sensoren 206 4 1 Potenziometrische Gassensoren 208 4 2 Resistive und halbleiterbasierte Gassensoren 212 4 3 Voltametrische Gassensoren 213 4 4 Amperometrische Gassensoren 214 5 Rußsensoren 216 5 1 Resistive- und Impedanzmessverahren, Mikrowellensensoren 218 5 2 Elektrostatische Sensoren 219 5 3 Optische Sensoren 219 6 Ausblick 220 7 Literatur 221 7 Katalysatoreinsatz im Fahrzeugbetrieb 225 Jürgen Schmidt, Jürgen Leyrer, Wilfried Müller 1 Katalysatoreinführung bei DaimlerChrysler 225 2 Abgasreinigung von Benzinmotoren 226 2 1 Entwicklung der Abgasgrenzwerte 226 2 2 Erforderlicher mittlerer Wirkungsgrad der Abgasreinigung 228 2 3 Einflussgrößen auf die Abgasreinigung 229 231 Rohemission 232 232 Wärmehaushalt 233 233 Katalysatorträger 235 234 Katalytische Aktivierung 238 235 Lambdaregelung 241 236 On-Board-Diagnose 242 237 Alternative Systeme 246 3 Abgasreinigung für Motoren mit Benzin-Direkteinspritzung 252 3 1 Mögliche Technologien 252 3 2 NOx-Speicherkatalysatoren 253 321 Allgemeines Funktionsprinzip 253 322 Schwefelproblematik 253 323 Anforderungen an das Motormanagement 254 4 Abgasreinigung von Dieselmotoren 255 4 1 Abgasgrenzwertentwicklung 256 4 2 Dieseloxidationskatalysator 256 4 3 Dieselpartikelfiltersysteme 257 431 Beschichtetes Filtersystem 258 432 Kraftstoffadditiv basierende Systeme 261 4 4 NOx-Reduktion bei Dieselmotoren 262 441 HC-DeNOx 262 442 NOx-Speicherkatalysatoren 263 443 SCR-System mit Harnstoff 263 8 Die Kreislauf der Platinmetaile: Recycling von Katalysatoren 265 Christian Hagelüken 1 Einführung / Motivation 265 2 Komponenten und Bauformen von Recycling-Katalysatoren 267 3 Anforderungen an eine optimierte Recyclingkette 269 4 Akteurskette beim Katalysator-Recycling 271 4 1 Anfallstellen für Recycling-Katalysatoren 271 4 2 Sammellogistik und Entmantelung 272 4 3 Recyclingaktivitäten der Automobilfirmen 273 4 4 PGM-Scheidung 274 5 Anfall von Recyclingkatalysatoren in Europa 275 6 Theorie und Praxis: Warum das Recyclingvolumen bisher weit hinter den Erwartungen zurückbleibt 276 6 1 Forschungsprojekt PGM-Stoffströme 276 6 2 Rechnerisches Recyclingpotenzial 274 6 3 Reales Recyclingaufkommen 278 6 4 Verluste 280 6 5 Prognose von Recyclingpotenzial und PGM-Rückläufen 284 6 6 Direkte und indirekte Recyclingkreisläufe 286 7 Technische Verfahren der PGM-Rückgewinnung 289 8 Geschäftsabwicklung beim PGM-Refining 294 8 1 Ankauf von Recycling-Katalysatoren 294 8 2 Toll-Refining von Katalysator-Keramik 296 9 ökologische Aspekte 299 10 Der PGM-Kreislauf aus Autokatalysatoren: Eine Chance für die Automobilindustrie 300 11 Literatur 302 9 Gesundheitsgefährdungspotenzial von Edelmetallemissionen aus Autoabgaskatalysatoren 304 Gerhard Rosner und Rolf Merget 1 Einführung 304 2 Toxikologisches Wirkungspotenzial von Platin 304 2 1 Metallisches Platin in partikulärer Form 305 2 2 Platinsalze 305 2 3 Fazit 306 3 Charakterisierung der Platinemissionen 307 3 1 Emissionsfaktoren 307 3 2 Qualitative Charakterisierung der Platinemissionen 308 3 3 Fazit 309 4 Expositionsabschätzung 310 4 1 Gemessene Immissionskonzentrationen 310 4 2 Berechnung von Immissionskonzentrationen 310 4 3 Fazit 311 5 Risikoabschätzung 311 6 Palladium und Rhodium 312 7 Ausblick 313 8 Literatur 314 10 Abgasmessungen des Touring Club Schweiz an Neufahrzeugen und Fahrzeugen mit hoher Laufleistung 316 Daniel Burch 1 Einführung 316 2 Gesetzliche Grundlagen und Messprogramm 318 3 Ergebnisse mit Neufahrzeugen 320 3 1 Schadstoffemissionen in den reglementierten Zyklen 320 3 2 Schadstoffemissionen im TCS-Zyklus mit Konstantgeschwindigkeiten 322 3 3 TCS-Abgasbewertung 323 3 4 Schadstoffemissionen in Abhängigkeit des Hubraums 326 3 5 Treibstoffverbrauch in den reglementierten Zyklen sowie im Praxistest 327 3 6 Energieetikette für Personenwagen 329 4 Ergebnisse mit Langstreckenfahrzeugen 331 5 Auswirkungen auf die Emissionen von Personenwagen in der Schweiz 333 6 Schlussfolgerungen und Ausblick 334 7 Literatur 335 11 Die Ökobilanz von Platingruppenmetallen und ihr Einfluss auf die Effektivität von Autoabgaskatalysatoren 336 Christian Hochfeld und Johannes Gediga 1 Einleitung 336 2 PGM: Produzenten und Produktion 337 2 1 Produzenten 337 2 2 Produktion 338 3 Orientierende Sachbilanz einer Ökobilanz 339 3 1 Scope Definition 339 3 2 Ergebnisse der Sachbilanz 342 3 3 Einfluss der Marktwerte auf das Ergebnis der Ökobilanz von PGM 343 3 4 Anwendung von PGM in Autoabgaskatalysatoren 346 3 5 Vergleich: Vermeidung von Schadstoffen durch PGM im Autoabgaskatalysator versus Emissionen im Rahmen ihrer Gewinnung 346 4 Zusammenfassung 348 5 Rückblick und Perspektiven 349 6 Literatur 353 12 Kraftstoffe: Herstellung, Eigenschaften und ihre Anwendung in Otto- und Dieselmotoren 354 Wolfgang Dörmer und Dieter Walther 1 Einleitung 354 2 Allgemeine Grundlagen 354 2 1 Erdöl als Rohstoff für Kraft- und Schmierstoffe 354 2 2 Erdölprovenienzen 356 2 3 Kohlenwasserstoff-Chemie 356 2 4 Allgemeines zu Verarbeitungsverfahren / Raffinerietechnik 359 3 Kraftstoffkomponenten und Kraftstoffsufmischung 362 4 Anforderung an Kraftstoffe (Normen / KQV) und ihre praktische Bedeutung 365 5 Kraftstoffeinflüsse auf die Abgasemissionen 366 Glossar: Wichtige Abkürzungen und Fachausdrücke 372 Christian Hagelüken Anhang: Emissionsgesetzgebung 378 Jürgen Gieshoff Autorenverzeichnis
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