Selektive katalytische Reduktion von Stickoxiden in Kraftfahrzeugen ...

1 Einleitung
und Erdalkalimetallen als Speicherkomponente. Zur Reduktion bei der Ausspeicherung
werden Edelmetallbeschichtungen eingesetzt.
Selektive katalytische Reduktion (SCR)
Das in der Kraftwerkstechnik seit den späten 1970er Jahren etablierte SCR-
Verfahren beruht auf der selektiven Reduktion von Stickoxiden am Katalysator
bei Zugabe des Reduktionsmittels Ammoniak, NH3 [17]. Hierfür werden zumeist
Vanadium-/Titandioxid-Katalysatoren oder Zeolithe verwendet. Die Stickoxide werden
über verschiedene Reaktionen reduziert (vgl. Koebel et al. [62, 64]):
4NH3 +4NO+O2 ⇋ 4N2 +6H2O (1.1)
2NH3 +NO+NO2 ⇋ 2N2 +3H2O (1.2)
4NH3 +6NO ⇋ 5N2 +6H2O (1.3)
8NH3 +6NO2 ⇋ 7N2 + 12H2O (1.4)
Diese Bruttoreaktionen werden aufgrund der Reaktionsgeschwindigkeit in der Literatur
mit Standard-SCR-Reaktion (Gleichung (1.1)), schnelle SCR-Reaktion (Gleichung
(1.2)) und langsame SCR-Reaktion (Gleichung (1.3)) bezeichnet. Die schnelle SCR-
Reaktion erfordert das Vorhandensein von NO2 und verbessert das Umsatzverhalten
bei niedrigen Abgastemperaturen [64]. Unerwünschte Nebenreaktionen sind unter anderem
die Nitratbildung bei niedrigen Temperaturen und die Lachgasbildung bzw. die
Ammoniakoxidation bei Temperaturen oberhalb ≈ 673 K bzw. ≈ 573 K.
In der mobilen Anwendung ist das Mitführen von Ammoniak aus Sicherheitsgründen
nicht möglich. Hier hat sich in den letzten Jahren die Dosierung von Harnstoffwasserlösung
(Markenname: ”AdBlue”) zur Reduktionsmittelbereitstellung durchgesetzt.
Diese wird in einem separaten Tank im Fahrzeug mitgeführt und mittels einer Dosiereinrichtung
vor den SCR-Katalysator in das heiße Abgas eingedüst [63]. Bei der
thermische Zersetzung von Harnstoffwasserlösung wird Ammoniak freisetzt. Dabei beeinflussen
neben der Verdunstung und Zersetzung auch Wandeffekte maßgeblich die
Gleichverteilung und den Aufbereitungsgrad des Reduktionsmittels am Eintritt des
SCR-Katalysators [13]. Die einzelnen Phänomene sind jedoch teilweise noch nicht ausreichend
verstanden.
Nur durch eine optimale Auslegung des Abgassystems können eine gute Gleichverteilung
und somit hohe NOx-Umsätze sichergestellt werden. Dies ist zwingend notwendig
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