Vid kallstart, en bilmotor avger mycket mer partiklar och andra föroreningar än under varma förhållanden. Detta beror på att en kall katalysator är mycket mindre effektiv vid låga avgastemperaturer. Så vad är svaret? Förvärm katten med mikrovågor. Empa -forskare har utvecklat den första uppvärmningen av mikrovågsomvandlare för personbilar.

Förbränningsmotorer eldas för närvarande - gång på gång. Det första numret var dieselsot, men det kan hanteras med partikelfilter. Sedan, igen med dieseln, skadliga kväveoxider kom i fokus, som (förmodligen) hanterades med komplicerade avgasreningssystem. Vad tenderar att övervakas i dieseldebatten:bensinmotorer bidrar till partikelutsläpp i städerna, för, särskilt på platser där många motorer startar kallt. 90 procent av alla föroreningar produceras under den första minuten efter en modern bensinmotor kallstart.

Eller för att uttrycka det på ett annat sätt:de första 500 meterna på vägen förorenar luften lika mycket som de nästa 5, 000 kilometer förutsatt att fordonet skulle köras direkt. Katalysatorer som värms upp så snabbt som möjligt eller - ännu bättre - redan rengör avgaserna effektivt under de första motorvarvtalen är således avgörande för ytterligare betydande förbättringar av luftkvaliteten. Potis Dimopoulos Eggenschwiler, specialist på avgasbehandling vid Empas Automotive Powertrain Technologies Laboratory och hans team, har de senaste två åren arbetat för en lösning för kallstartproblemet. Med det utvecklade systemet förväntas en betydande minskning av luftföroreningar i stadsområden, med tanke på den höga frekvensen av kallstart och de låga sträckorna. Projektet finansieras av Swiss National Science Foundation (SNSF) och Federal Office for the Environment (FOEN).

Värmeöverföringsegenskaperna hos en katalysator måste skräddarsys för att möjliggöra snabb uppvärmning till 300 grader Celsius med så låg energi som möjligt. Trots allt, denna energi måste levereras av fordonets strömförsörjningssystem. Dimopoulos Eggenschwiler föreslår en öppen porerad struktur med en speciell beläggning, som kan värmas upp av en liten mikrovågssändare inom tio sekunder - ungefär som mikrovågsugnen hemma. Tillbaka 2012, Empa-teamet har redan utvecklat en särskilt effektiv katalysator:en keramisk gjutning av polyuretanskum som virvlar ut avgaserna mer effektivt och genererar mindre mottryck än en katalysator med sin konventionella bikakestruktur.

Keramik från 3D-skrivaren

Den skumbaserade katalysatorn utlöste sedan nästa idé:en polyhedral retikulär struktur gjord av tunna keramiska stag som endast kräver en liten mängd ädelmetall för att nå hög föroreningskonvertering. "För det första, vi letade efter en idealisk struktur på datorn, "säger Dimopoulos Eggenschwiler." En struktur som snabbt värms upp, påskyndar kemiska reaktioner och hindrar gasflödet så lite som möjligt. Sedan började vi med att återskapa strukturen i keramik. "Specialister vid Scuola universitaria professionale della Svizzera italiana (SUPSI) i Lugano konstruerade gallret som designats på datorn med stereolitografi, ett slags 3D-tryck från vätskor och UV-ljus. Experter på Empa belagde sedan keramiken med kiselkarbid, zirkoniumoxid och aluminiumoxid - och de aktiva katalysatorämnena bestående av platina, rodium och palladium. EngiCer SA, ett företag från Ticino, antog tillverkning av de första små serierna och deklarerade sitt intresse för att öka kapaciteten om efterfrågan på marknaden skulle vara tillräckligt hög. Ombord finns också den schweiziska katalysatortillverkaren HUG Engineering AG.

Förväntningarna infriades

Det som förmodligen är världens första 3D-tryckta katalytiska avgasomvandlare levde upp till förväntningarna i fälttester:i avgaserna från Empas modellgasreaktor rengjorde den polyhedronformade katten faktiskt föroreningarna ännu mer effektivt än 2012-skumbaserad katalysator. I kölvattnet av deras framgångsrika inledande laboratorietester med små modellkatter, forskarna pratar nu med industriella partner för att integrera en av dessa katalysatorer i full storlek i ett testfordon. Den första applikationen för att testa dessa nya utvecklingar på dynamometern såväl som på vägen i ett riktigt fordon projiceras för närvarande.

Nästa steg för Dimopoulos Eggenschwiler blir att införliva mikrovågsugnen. "Det är viktigt att vi inte värmer upp hela den keramiska strukturen, "säger han." Vi vill värma upp bara några segment av katalysatorn genom mikrovågorna som genereras genom att använda värdefull batterikraft. Så snart de kemiska reaktionerna startar, alla andra delar värms upp själva. "Enligt avgasspecialisten, en till två kilowatt kan enkelt avledas från ett fordons batteri i tio till 20 sekunder. "Det borde räcka." Så snart motorn går, avgaserna och de kemiska reaktionerna i katalysatorn genererar tillräcklig värme för att hålla temperaturen hög, vid vilken tidpunkt kan mikrovågsugnen stängas av. Kallstartutsläpp kan därmed snart vara ett minne blott.