Saubere Alternative

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Katalysatoren in Kraftfahrzeugen lassen in ihrer Reinigungsleistung beständig nach. Doch ein alter Bekannter in diesem Forschungsfeld könnte nun ganz neue Aussichten wecken.

Antje Findeklee

Seit mehr als 20 Jahren tragen Katalysatoren in Kraftfahrzeugen dazu bei, die Abgase zu entgiften und somit die motorisierte Fortbewegung etwas weniger umweltschädlich zu gestalten. Die gültigen EU-Vorschriften für Abgaswerte sind nur noch einzuhalten, wenn PKW und LKW über entsprechende Reinigungsanlagen verfügen – ein Auto ohne Kat kommt seinem Besitzer daher inzwischen teuer.

Allerdings leiden die heute gängigen Modelle unter der begrenzten "Lebenszeit" von etwa 80 000 Kilometern – und auch diese Spanne schaffen sie nur, weil sie mit zusätzlichem Edelmetallstaub besetzt sind. Denn die feinen Palladium-, Platin- oder Rhodiumbeschichtungen neigen im Laufe der Zeit dazu, unter der Hitze zu größeren Partikeln zu verklumpen, wodurch sich die aktive Oberfläche des Katalysators drastisch reduziert – und damit auch seine Reinigungsleistung.

Verschärft wird dieser Prozess dadurch, dass die Anlagen immer näher am Motorblock angebracht werden. So erreichen sie zwar schneller ihre nötige Betriebstemperatur, beginnen aber gleichzeitig auch früher, sich selbst zu verzehren. Ohne den Überschuss an pulvriger Beschichtung müssten die Anlagen bereits nach noch kürzerer Zeit ausgetauscht werden.

Doch vielleicht haben Yasuo Nishihata vom Synchrotron Radiation Research Center im japanischen Mikazuki und seine Kollegen einen Ausweg aus dem Dilemma gefunden. Ausgerechnet ein Material, das schon seit den siebziger Jahren in der Katalysatortechnik untersucht wird, könnte sich jetzt als langlebige Alternative entpuppen: LaFe_0.57Co_0.38Pd_0.05O₃, ein Palladium-haltiger Perowskit.

Die Forscher stellten fest, dass der Pd-Perowskit in hundert Stunden Betriebsdauer seine Leistungsfähigkeit beibehalten konnte, während ein herkömmlicher Katalysator zehn Prozent seiner Leistungsfähigkeit einbüßte. Dahinter steckt, dass im Fall des Perowskits die Palladiumpartikel nicht verklumpten.

Dafür verantwortlich ist offenbar der typische Wechsel in der Zusammensetzung der Abgase: Sie schwankt ständig zwischen oxidierendem und reduzierendem Milieu hin und her. Liegt der Perowskit oxidiert vor, ist das Palladium fest in das Kritallgitter eingebunden. Wird das Material jedoch reduziert, verlässt das Palladium seinen Platz, und ein Eisenatom nimmt seine Stelle ein. Der Vorgang ist reversibel, sodass die Edelmetallatome ständig in Bewegung sind – und ein derart unstetes Verhalten verhindert das Verklumpen.

Damit verlängert sich nicht nur die Lebensdauer des Katalysators, auch die teure Überschussbeschichtung könnte zukünftig entfallen. Der Pd-Perowskit enthält nur geringe Mengen an Palladium, wodurch sich der Bedarf für Edelmetalle in der Abgasentgiftung um 70 bis 90 Prozent reduzieren ließe, wie die Forscher vermuten. Einen solchen Preisvorteil wüssten sicherlich auch die Verbraucher zu schätzen.