Katalysator

Beförderer; Beschleuniger; Kat (umgangssprachlich)

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Ka|ta|ly|sa|tor [kataly'za:to:ɐ̯], der; -s, Katalysatoren [katalyza'to:rən]:

1. (Chemie) Stoff, der chemische Reaktionen herbeiführt oder beeinflusst, selbst aber unverändert bleibt:

der Katalysator beschleunigt die Reaktion.

2. (Kfz-Technik) Vorrichtung, mit der Schadstoffe in Autoabgasen umweltfreundlich abgebaut werden:

alle neuen Autos haben einen Katalysator.

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Ka|ta|ly|sa|tor 〈m. 23〉

1. 〈Chem.〉 Stoff, der durch seine Gegenwart eine Katalyse bewirkt

2. 〈bei Kfz〉 Vorrichtung zur Verminderung der Kohlenmonoxid- u. Stickstoffanteile im Auspuffgas

[→ Katalyse]

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Ka|ta|ly|sa|tor [↑ Katalyse], der; -s, …to|ren: einem Reaktionssystem in kleinen Mengen zugesetzter Stoff, der, ohne selbst merklich verbraucht zu werden, die Geschwindigkeit einer chem. Reaktion stark erhöht, d. h. die Einstellung des chemischen Gleichgewichts beschleunigt. Nicht selten kann die K.-Wirkung durch Cokatalysatoren (Promotoren) weiter verbessert werden. K. werden in gelöstem Zustand (homogene Katalyse) oder als – im Allg. auf festen Trägerstoffen aufgezogene – Feststoffe oder Kontakte eingesetzt (heterogene Katalyse). Je nach zu katalysierender Reaktion (Red., Oxidation, Spaltung, Polymerisation, Substitution etc.) kommen als K. Metalle (Platinmetalle, Cu, Fe, Ni, Co, Cr, Mo), Metalloxide, Säuren u. Basen, Ionenaustauscher, Zeolithe oder Organometallkomplexe zur Anwendung.

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Ka|ta|ly|sa|tor , der; -s, …oren [zu ↑ Katalyse]:

1. (Chemie) Stoff, der chemische Reaktionen herbeiführt od. beeinflusst, selbst aber unverändert bleibt:

der K. erhöht die Reaktion.

2. (Kfz-Technik) Vorrichtung in Kraftfahrzeugen, mit deren Hilfe das Abgas von umweltschädlichen Stoffen gereinigt wird:

geregelte -en.

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Katalysator

 

[zu Katalyse] der, -s/...'toren,  

 1) Chemie: chemischer Stoff, der die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion erhöht, ohne selbst verbraucht zu werden (Katalyse). Die Lage des chemischen Gleichgewichts wird durch Katalysatoren nicht beeinflusst. Der Katalysator bildet mit den Reaktionspartnern unter Spaltung oder Schwächung von Bindungen reaktionsfähige Zwischenprodukte und setzt dadurch die Aktivierungsenergie der Reaktion herab. Im Reaktionsmedium gelöste Katalysatoren können aufgrund ihrer feinen Verteilung besonders aktiv sein, ihre Abtrennung und Aufarbeitung ist aber problematisch. Besondere Bedeutung in der technischen Chemie haben feste Katalysatoren (Kontakte), bei denen die katalytische Reaktion an aktiven Zentren der Katalysatoroberfläche abläuft. Übergangsmetalle (z. B. Platin, Nickel, Eisen) und Metalloxide mit Halbleitereigenschaften (z. B. Vanadium- und Molybdänoxid) katalysieren Hydrierungen, Dehydrierungen, Oxidationen mit molekularem Sauerstoff u. a. Redoxreaktionen. Alumosilicate, Aluminiumoxid u. a. katalysieren Reaktionen, die nach einem Säure-Base-Mechanismus ablaufen (z. B. Crackreaktionen, Alkylierungen). Bifunktionelle Katalysatoren haben sowohl Redox- als auch Säure-Base-Eigenschaften (z. B. Platin auf saurem Aluminiumoxid). Sie sind beim Reformieren und Hydrocracken von großer technischer Bedeutung. Außer der chemischen Zusammensetzung eines festen Katalysators sind die Größe seiner Oberfläche, seine Porenstruktur u. a. von Bedeutung. Von einem Katalysator werden hohe Aktivität und Selektivität verlangt. Für den wirtschaftlichen Einsatz ist außerdem eine hohe Lebensdauer wichtig. Eine Verringerung der Aktivität im Lauf der Zeit (Desaktivierung) kann durch Katalysatorgifte bewirkt werden. Die bei der Reaktion von Kohlenwasserstoffen (z. B. beim Cracken) häufig auftretende Verkokung des Katalysators kann meist durch vorsichtiges Abbrennen rückgängig gemacht werden (Katalysatorregenerierung). Aktivität, Selektivität oder Lebensdauer von Katalysatoren lassen sich in vielen Fällen durch Zusatz geringer Mengen anderer Stoffe (Aktivatoren, Promotoren) verbessern. Um die thermische und mechanische Beständigkeit zu erhöhen und eine größere aktive Oberfläche zu erreichen, wird die aktive Komponente häufig auf ein poröses Trägermaterial wie Aktivkohle oder Aluminiumoxid aufgebracht (Trägerkatalysatoren wie Platin auf Tonerde).

 

Literatur:

 

Katalysatoren, Tenside u. Mineralöladditive, hg. v. J. Falbe u. U. Hasserodt (1978).

 

 2) Technik: mit katalytisch wirksamen Substanzen (Katalysator 1) ausgerüstete Vorrichtung zur Reinigung der Abgase von Kraftfahrzeugen, Kraftwerken und Industrieanlagen (katalytische Abgasreinigung). Im engeren Sinn technische Vorrichtung bei Kraftfahrzeugen zur Nachbehandlung (»Entgiftung«) der Abgase von Ottomotoren und von Dieselmotoren (Oxidationskatalysator). Bei Ottomotoren sind die schädlichen Abgasbestandteile Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffe (H_mC_n) und Stickoxide (NO, NO₂, zusammengefasst als NO_x). Ihr Anteil im Abgas ist stark vom Luftverhältnis λ bei der Verbrennung abhängig. Bei Luftmangel (λ < 1) liegt unvollständige Verbrennung (und als Folge CO- und HC-Emission) vor, bei exaktem Luftverhältnis (λ = 1) kommt es nur zu einer geringen CO- und HC-Emission, aber einer hohen NO_x-Emission, bei Luftüberschuss (λ 2) und NO. Um CO und HC nachzuverbrennen, ist Sauerstoff (O₂) erforderlich; um NO_x zu reduzieren, wird CO als Reduktionsmittel benötigt. Diese Reaktionen werden durch den Katalysator beschleunigt.

 

Beim Zweibettkatalysator wird der Motor mit Luftmangel betrieben. Im ersten Katalysator wird NO mit CO reduziert (2 CO + 2 NO → CO₂ + N₂), vor dem zweiten Katalysator wird Luft eingeblasen, hier erfolgt die Oxidation von CO zu CO₂ und von HC zu H₂O und CO₂. Nachteil des Zweibettkatalysators ist der höhere Kraftstoffverbrauch.

 

Beim geregelten Katalysator (»Dreiwegekatalysator«) wird der Motor mit einem exakten Luftverhältnis von genau λ = 1 betrieben, die Einregelung erfolgt mithilfe der Lambdasonde. Dabei ist im Abgas sowohl CO zur Reduktion von NO als auch O₂ zur Oxidation von HC und dem restlichen CO enthalten. Der geregelte Katalysator vermindert damit alle drei Komponenten um bis zu 90 %. Der Katalysator besteht meist aus einem Keramikkörper, der als Träger der katalytischen Beschichtung dient und von mehreren Tausend kleinen Kanälen durchzogen ist, die vom Abgas durchströmt werden. In den Kanälen ist eine Trägerschicht aus Aluminiumoxid aufgebracht, welche die Oberfläche etwa um den Faktor 7 000 vergrößert, darauf eine katalytische Schicht aus Platin und Rhodium. Motoren mit Katalysator müssen mit bleifreiem Kraftstoff betrieben werden, da bei der Verbrennung entstehende Bleiverbindungen die katalytische Schicht abdecken und damit unwirksam machen würden. Da die katalytischen Reaktionen erst bei Temperaturen über 250 ºC beginnen, muss durch motorseitige Maßnahmen eine kurze Warmlaufphase sichergestellt werden.

 

Hier finden Sie in Überblicksartikeln weiterführende Informationen:

 

Katalysator: Verringerung von Schadstoffen

 

Abtrennung gasförmiger Luftverunreinigungen

 

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Ka|ta|ly|sa|tor, der; -s, ...oren [zu ↑Katalyse]: 1. (Chemie) Stoff, der chemische Reaktionen herbeiführt od. beeinflusst, selbst aber unverändert bleibt: der K. erhöht die Reaktion; Ü Stefans Worte, sein Lächeln sind nichts als ein K., der Viktors Verzweiflung in Auflehnung verwandelt (Heim, Traumschiff 380); ... und wie in der Politik ist er auch als Musiker in erster Linie ein K. (Szene 8, 1984, 34). 2. (Kfz-T.) Vorrichtung in Kraftfahrzeugen, mit deren Hilfe das Abgas von umweltschädlichen Stoffen gereinigt wird: geregelte -en; Ab 1. Januar 1986 sollen ... neue Benzinautos nur noch dann zugelassen werden, wenn ihre Abgase durch einen K. weitgehend entgiftet sind (ADAC-Motorwelt 9, 1983, 36).