qu’est Ce qu’un convertisseur catalytique?
Les gaz polluants sont constitués de molécules nocives, mais ces moléculessont fabriqués à partir d’atomes relativement inoffensifs. Donc, si nous pouvions trouver un moyen de séparer les molécules après qu’elles aient quitté le moteur d’une voiture et avant qu’elles ne soient pompées dans l’air, nous pourrions résoudre le problème de la pollution—ou une partie de celui-ci, de toute façon. C’est le travail d’un convertisseur catalytique ne.
Photo: Un nouveau convertisseur catalytique expérimental est testé sous une voiture., Photo reproduite avec l’aimable autorisation de l’Institut de recherche du Sud-Ouest et du Département de l’Énergie/Laboratoire National des Énergies renouvelables (DoE/NREL).
Ces gadgets sont beaucoup plus simples qu’ils n’en ont l’air. Un catalysest simplement un produit chimique qui fait qu’une réaction chimique va plus vite sans elle-mêmechangement dans le processus. C’est un peu comme un entraîneur d’athlétisme qui se tient sur le côté de la piste et crie aux coureurs d’aller plus vite. Thecoach ne court nulle part; il se tient juste là, agite ses bras et fait accélérer les coureurs. Dans un convertisseur catalytique, le travail du catalyseur est d’accélérer l’élimination de la pollution.,Le catalyseur est fabriqué à partir de platine ou d’un métal similaire, semblable au platine, tel que le palladium ou le rhodium.
Un convertisseur catalytique est une grande boîte métallique, boulonnée à la face inférieure de votre voiture, qui a deux tuyaux qui en sortent. L’un d’eux (« entrée » du convertisseur) est connecté au moteur et amène des fumées chaudes et polluées des cylindres du moteur (où le carburant brûle et produit de l’énergie). Le deuxième tuyau (la « sortie » du convertisseur) est connecté au tuyau d’échappement (échappement)., Lorsque les gaz des fumées du moteur soufflent sur le catalyseur, des réactions chimiques ont lieu à sa surface, brisant les gaz polluants et les convertissant en d’autres gaz suffisamment sûrs pour souffler sans danger dans l’air.
Une chose très importante à noter sur les convertisseurs catalytiques est qu’ils vous obligent àutiliser du carburant sans plomb, car le plomb dans le carburant conventionnel »empoisonne » le catalyseur et l’empêche d’absorber les polluants dans les gaz d’échappement.
Que se passe-t-il à l’intérieur du convertisseur?,
Photo: Les ingénieurs tentent constamment d’améliorer les performances des convertisseurs catalytiques, par exemple, en développant des catalyseurs qui fonctionnent plus efficacement à des températures plus basses. Il s’agit d’un exemple de catalyseur d’oxydation à basse température fabriqué à partir d’oxyde d’étain et de platine. Photo du CPL Bryant V gracieuseté du Centre de recherche Langley de la NASA (NASA-LaRC).
A l’intérieur du convertisseur, les gaz s’écoulent à travers une structure en nid d’abeille dense en céramique et revêtue des catalyseurs., La structure en nid d’abeille signifie que les gaz touchent une zone de catalyseur à la fois, de sorte qu’ils sont convertis plus rapidement et efficacement.
Typiquement, il y a deux catalyseurs différents dans le convertisseur acatalytique:
- L’un d’eux s’attaque à la pollution par les oxydes d’azote en utilisant un processus chimique appelé réduction(élimination de l’oxygène). Cela décompose les oxydes d’azote en azote etles gaz d’oxygène (qui sont inoffensifs, car ils existent déjà dans l’air autour de nous).
- L’autre catalyseur fonctionne par un processus chimique opposé appelé oxydation (ajout d’oxygène) et transforme le monoxyde de carbone en dioxyde de carbone., Une autre réaction d’oxydation transforme les hydrocarbures imbrûlés dans les gaz d’échappement en dioxyde de carbone et en eau.
En effet, trois réactions chimiques différentes se produisent en même temps. C’est pourquoi nous parlons de convertisseurs catalytiques à trois voies. (Certains convertisseurs moins efficaces effectuentseulement les deux secondes réactions (oxydation), ils sont donc appelés convertisseurs catalytiques bidirectionnels.) Une fois que le catalyseur a fait son travail, ce qui émerge de l’échappement est principalement de l’azote, de l’oxygène, du dioxyde de carbone et de l’eau (sous forme de vapeur).
Quelle est l’efficacité des convertisseurs catalytiques?,
Graphique: Efficacité des convertisseurs catalytiques. Les Cats font une grande différence dans les émissions, avec des convertisseurs à trois voies offrant un avantage supplémentaire significatif par rapport aux convertisseurs à deux voies. Les chiffres montrent les polluants en grammes par kilomètre à 80 000 kilomètres. Graphique dessiné par Expliquer que Stuff.com using data for light-duty gasoline fueled vehicles from US EPA (1990), cité dans le tableau 3.2 (page 75) de Air Pollution from Motor Vehicles: Standards and Technologies for Controlling Emissions, Faiz et al, Banque mondiale, 1996.,
Les convertisseurs catalytiques sont principalement conçus pour réduire la pollution atmosphérique immédiate et locale—l’air sale où vous conduisez—et ce tableau semble certainement suggérer qu’ils sont efficaces. Même ainsi, les gens se demandent parfois s’ils sont vraiment aussi verts qu’ils le semblent. Il est important de se rappeler qu’ils réduisent les émissions plutôt que de les éliminer complètement.
Un problème est qu’ils ne fonctionnent vraiment qu’à des températures élevées (plus de 300°C/600°F environ), lorsque le moteur a eu l’occasion de se réchauffer., Les premiers types de convertisseurs catalytiques prenaient généralement environ 10 à 15 minutes pour se réchauffer, de sorte qu’ils étaient complètement inefficaces pendant les premiers kilomètres/miles d’un voyage (ou toute partie d’un voyage très court).Les convertisseurs modernes se réchauffent en seulement 2-3 minutes; malgré cela, des émissions importantes peuvent encore se produire pendant cette période.
Graphique: convertisseurs Catalytiques ne devient efficace à des températures de fonctionnement élevées. Ce graphique montre l’efficacité d’un appareil typique pour convertir le monoxyde de carbone à différentes températures., Les oxydes d’azote sont convertis avec un rendement légèrement supérieur et les hydrocarbures avec un rendement légèrement inférieur. À haute température, le monoxyde de carbone est converti avec le moins d’efficacité des trois.
Une autre question est de savoir si elles augmentent les émissions de gaz à effet de serre. Nous considérons le dioxyde de carbone comme un gaz sûr, car il n’est pas toxique à des concentrations quotidiennes. Néanmoins, il n’est pas entièrement inoffensif, car nous savons maintenant que c’est la cause majeure du réchauffement climatique et du changement climatique., Certaines personnes croient que les convertisseurs catalytiques aggravent le changement climatique parce qu’ils transforment le monoxyde de carbone en dioxyde de carbone. En fait, le monoxyde de carbone que votre voiture produit finirait par se transformer en dioxyde de carbone dans l’atmosphère tout seul, donc un convertisseur catalytique ne fait aucune différence sur ce point: il réduit simplement le monoxyde de carbone qu’une voiture pompe dans la rue pendant qu’elle roule, améliorant la qualité de l’air local.
Mais en ce qui concerne le changement climatique, les ingénieurs automobiles et les écologistes ont longtemps souligné un autre problème sérieux., Bien que les chats transforment la plupart des oxydes d’azote en azote et en oxygène, ils produisent également de petites quantités d’oxyde nitreux (N2O) dans le processus, un gaz à effet de serre plus de 300 fois plus puissant que le dioxyde de carbone. Le problème est qu’avec autant de véhicules sur la route, même de petites quantités d’oxyde nitreux s’ajoutent à un problème majeur. En 2000, le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat a noté: « L’introduction des convertisseurs catalytiques en tant que mesure de lutte contre la pollution dans la majorité des pays industrialisés entraîne une augmentation substantielle des émissions de N2O des véhicules à essence., »Heureusement, les nouveaux convertisseurs catalytiques produisent nettement moins d’oxyde nitreux que les anciens.Même ainsi, alors que les convertisseurs catalytiques nous ont certainement aidés à lutter contre la pollution atmosphérique à court terme, il existe des préoccupations que, en ce qui concerne le changement climatique à long terme, ils pourraient aggraver les choses.