Entwicklung von ß-Alumina basierten Materialien zur katalytischen Reduktion von NOx-Emission

Abstract

Mager-vorvermischte Verbrennung ist eine attraktive Methode, um bei Gasturbinen, die Verbrennungseffizienz zu steigern. Allerdings können bei dieser Art der Verbrennung Probleme, beispielsweise Mager-Verlöschung, Flameninstabilität und Druck- Schwankungen auftreten, genauso wie die Entstehung von toxischen Gasen, eventuelle sauren Regen und den Treibhaus Effekt. Daher sind besonderst NOx-Emissionen bei Automobilen durch den Gesetzgeber streng geregelt und eine solche Regelung wird für Turbinen ab dem Jahre 2008 ebenfalls erwartet. Da bei herkömmlichen 3-Wege-Katalysatoren, die NOx-Reduktion unter stoichiometrischen Verbrennungsbedingungen läuft, besteht ein dringender Bedarf für die Entwicklung an neuen Materialien. Die katalytische Verbrennung stellt als primäres NOx-Verminderungssystem die beste Alternative dar, wobei sehr tiefe NOx-Emissionen (<3 ppm) erreicht werden können, sowie ein verbesserte Verbrennungsstabilität und verminderte Druck-Schwankungen. Alternativ kann NOx auch durch die Verwendung von HC-SCR in Abgasnachbehandlungssysteme reduziert werden. Mit redox-aktiven Elementen dotierten ß-Alumina Keramiken besitzen durch ihre viele Zwischengitter Oxidationsplätze und Sauerstoff Fehlstellen eine gute katalytische Aktivität zur NOx Reduktion bei der katalytischen Verbrennung. Diese Materialien wurden zunächst über Sol-Gel-Verfahren synthetisiert und anschließend mittels EB-PVD als Schichten hergestellt und mit RFA, XRD und EDX-REM analysiert. Deren katalytischen Eigenschaften wurden in einem speziell konstruierten Messstand ermittelt, in dem eine bestimmte Menge NO, gemischt mit synthetischer Luft, erhitzt und mit einem Fluss von 1000 sccm/Min über die Katalysatormaterialien geleitet wurde. Das über den Katalysator reagierte Gas wurde analysiert, um Menge und Art der Umwandlung zu bestimmen. Die katalytische Aktivität zur selektiven Reduktion von NO wurde außerdem mittels FTIR ausgewertet. Die so erhaltenen Ergebnisse wurden mit denen aus dem Messstand verglichen, um das Prinzip der katalytischen Reduktion von NOx-Spezies festzustellen.