Nano-SCR – Entwicklung von nanoskaligen SCR-Katalysatoren für die kombinierte NOx– und Ruß-Minderung bei Dieselmotoren
Im Rahmen des Vorhabens Nano-SCR sollten Rußpartikelfilter für Diesel-Motoren entwickelt werden, die mit nanoskaligen Katalysatoren für die Reduzierung von Stickoxidemissionen ausgerüstet sind. Neben der Anforderung, möglichst kleine Katalysatoren herzustellen, lag ein besonderes Augenmerk auf der Alterungsbeständigkeit der Systeme und die neue Generation von Filter-Katalysator-Systemen sollte platz- und gewichtssparend sein. Auch sollte eine erleichterte Installation für die Abgasnachbehandlung bei Fahrzeugen bzw. Systemen mit Dieselmotoren ermöglicht werden.
NanoScape hat im Rahmen des Verbundvorhabens Nano-SCR die Entwicklung und produktionstechnische Umsetzung neuer, nanoskaliger Zeolith-Katalysatoren für die Stickoxid-Minderung (NOx, NO, NO2) von Verbrennungsabgasen des Diesel-Motors realisiert. Durch die Entwicklung und Beladung von nanoskaligen Zeolithen mit Metallionen gelang die Herstellung eines neuartigen Katalysators, der direkt aus wässrigen Suspensionen in sehr dünnen Schichten auf Oberflächen aufgebracht werden kann. Die Katalysator-Suspensionen sind skalierbar, können agglomerationsfrei produziert werden und haben vergleichbare SCR-Eigenschaften wie Standardkatalysatoren. Diverse Metallionen lassen sich zudem bereits in der Flüssigphase einarbeiten.
Seitens NANO-X konnte im Projektverlauf gezeigt werden, dass wässrige Beschichtungssysteme mit Mischoxiden als SCR-Katalysatoren auf Sintermetall erst ab 350°C, insbesondere ab 450°C gute NOx-Umsatzraten liefern. Die unter Fast-SCR-Bedingungen aktivsten Materialien wandeln bei 350°C Stickoxide zu 50% und bei 450°C zu 70-80% um. Eine Dotierung mit Ceroxid von <1mol-% Cer bzgl. Mischoxid bewirkt eine signifikante Verbesserung der Aktivität. Die Geometrie des Substrates Sintermetall übt auf Beschichtungen mit Mischoxiden einen erkennbaren Einfluss auf die katalytische Aktivität aus welche durch die Applikations- und Trocknungsparameter der Beschichtungslösungen deutlich beeinflusst werden kann.
Das Haus HJS hatte das Lastenheft für die Beschichtungssuspensionen definiert, poröses Sintermetall mit den neu entwickelten Nano-Suspensionen beschichtet und charakterisiert sowie Versuchsfilter angefertigt und auf dem Motorenprüfstand vermessen. Die neuen Nano-Suspensionen zeigten eine gute Haftung mit dem metallischen Substrat, so dass im Betrieb ein Austrag von Katalysator-Partikeln nicht zu erwarten ist. Ergebnisse zur Stickoxidminderung vom Synthesegasprüfstand fanden sich überwiegend auch in vergleichbarer Qualität auf dem Motorenprüfstand wieder.
An der TU BAF konnte im Rahmen des Nano-SCR-Projekts eine hohe Anzahl SCR-Materialien gescreent werden. Darüber hinaus wurden vielversprechende Materialien umfassend charakterisiert und auf ihrer Alterungsbeständigkeit getestet. Des Weiteren fand eine Methodenentwicklung auf Basis der UV/VIS-Spektroskopie statt, um das wissensbasiertes Design Ceroxid-haltiger Katalysatoren zu ermöglichen. Ebenfalls wurde mit Hilfe spektroskopischer Methoden erfolgreich der Mechanismus der SCR-Reaktion an nanoskaligen BEA-Zeolithen ermittelt.
