Das Leibniz-Institut für Katalyse gehört zu den führenden europäischen Forschungseinrichtungen auf dem Gebiet der Katalyse und ist Ansprechpartner für die Erforschung und Entwicklung von Katalysatoren sowie von katalytischen Technologien. Es führt Projekte der anwendungsnahen Grundlagenforschung und der angewandten Forschung durch und kooperiert mit vielen Industrieunternehmen und Forschungsinstituten. Dr.-Ing. Udo Armbruster leitet die Themengruppe "Technologie-Orientierte Verfahren" und ist persönliches Mitglied der DECHEMA-Fachgruppe „Alternative flüssige und gasförmige Kraft-und Brennstoffe“ (FG-AKB). Die Themengruppe hat sich überwiegend auf kontinuierliche Gasphasen-Prozesse spezialisiert. Das LIKAT verfügt über ausgewiesene Expertise bei der Präparation, Testung und Bewertung von heterogenen Katalysatoren über weite Druck- und Temperaturbereiche, darunter auch die Entstickung von NOx-haltigen Abgasen aus stationären oder mobilen Quellen unter Verwendung verschiedener Reduktionsmittel (z. B. Ammoniak) sowie die Minderung weiterer Schadstoffkomponenten (z.B. Formaldehyd). Die Formgebung bzw. Aufskalierung von Katalysatoren (Tablettierung, Granulierung, Extrusion, Pelletieren, Beschichtung von keramischen Wabenkörpern mit katalytisch aktiven Materialien) spielt hierbei eine wichtige Rolle als wichtiger Schritt für die Anwendungsentwicklung.

Im Projekt wird Dr. Armbruster den Schwerpunktbereich III koordinieren. Das LIKAT übernimmt im Verbund die Entwicklung neuer Katalysatoren (typischerweise ausgehend von der Pulverform hin zu Vollkontakten, Schalen- oder Trägerkatalysatoren, Monolithen etc.) mit verschiedenen Methoden, z. B. Imprägnierung, Sol-Gel-Technik oder Co-Fällung. Am Anfang steht die Auswahl, Herstellung und Bewertung von Katalysatoren. Die Bewertung erfolgt in Standardtests in Laborversuchsapparaturen mit online-Analytik anhand von Umsätzen, Selektivitäten und Standzeiten von Katalysatoren bei unterschiedlichen Temperaturen, Drücken und Belastungen. In weiteren Iterationsschleifen werden die optimalen Zusammensetzungen ermittelt. Hierbei werden rationale Ansätze wie die Aufklärung der Struktur-Wirkungs-Beziehungen mit reaktionstechnischen, spektroskopischen und auch rechnergestützten Methoden wie Design-of-Experiment und neuronale Netze genutzt.

Die Katalysatoren werden vor und nach dem Einsatz in der Abgasbehandlung hinsichtlich Zusammensetzung, Struktur, Textur, Redox-Eigenschaften, Säure-Base-Eigenschaften und Oberflächeneigenschaften in verschiedenen Stadien (frisch, vorbehandelt, gebraucht und deaktiviert) physikalisch-chemisch charakterisiert. Daraus ergibt sich ein umfassendes Bild, sodass auch die Aufklärung von Reaktionsmechanismen, die Ermittlung kinetischer Reaktionsparameter (Aktivierungsenergie) und Deaktivierungsprozesse möglich werden. Weiterhin erfolgt die Identifikation von Zwischen- und Nebenprodukten sowie Ablagerungen auf den Katalysatoren, die Durchführung von Tests zur Minderung von weiteren Schadstoffkomponenten wie z. B. Schmieröl sowie eine weiterführende Optimierung auf Grundlage der entstandenen Ergebnisse.

Die physikalisch-chemische Charakterisierung von heterogenen Katalysatoren vor und nach dem Einsatz erfolgt mit:

• Röntgenbeugungsanalyse (XRD)
• N2-Physisorption
• Röntgenfluoreszenzanalyse (XRF)
• Optische Emissionsspektrometrie mit Anregung durch induktiv gekoppeltes Plasma (ICP-OES)
• Atomemissionsspektrometrie (AAS)
• Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS)
• Elementaranalyse (CHNS-Analyse)
• Rasterelektronemikroskopie (REM)
• Transmissionselektronenmikroskopie mit energiedispersiver Röntgenspektroskopie (TEM-EDX)
• Elektronenenergieverlustanalyse (EELS)
• Fourier-Transformations-Infrarot Spektrometrie (FTIR)
• RAMAN Spektroskopie,
• diffuse Reflexions-Fourier-Transformations-Infrarot Spektroskopie (DRIFTS)
• Elektronenspinresonanz-Spektroskopie (EPR)
• 2-Temperaturprogrammierte Reduktion (H2-TPR)
• Temperaturprogrammierte Oxidation (O2-TPO)
• Temperaturprogrammierte Desorption (TPD) mit CO und anderen Sondenmolekülen.

Neben ex situ-Untersuchungen können ausgewählte Techniken auch in situ bzw. im Operando-Modus genutzt werden.