mi a katalizátor?

a szennyező gázok káros molekulákból készülnek, de ezek a molekulák viszonylag ártalmatlan atomokból készülnek. Tehát, ha megtaláljuk a módját, hogyan kell a molekulákat felpumpálni, miután elhagyják az autó motorját, és mielőtt a levegőbe pumpálnák őket, megoldhatjuk a probléma megoldását—vagy legalábbis egy részét. Ez a katalizátor feladata.

fotó: egy kísérleti új katalizátoregy autó alatt tesztelték., Kép jóvoltából Southwest Research Institute andUS Department of Energy / National Renewable Energy Laboratory (DoE/NREL).

Ezek a modulok sokkal egyszerűbbek, mint amilyennek hangzik. A katalizátoregyszerűen olyan vegyi anyag, amely a kémiai reakciót gyorsabbá teszi anélkül, hogy maga is megváltozna a folyamatban. Kicsit olyan, mint egy atlétikai edző, aki a pálya szélén áll, és kiabál a futóknak, hogy gyorsabban menjenek. Thecoach nem fut sehova; ő csak áll ott, hullámok karjait, és teszi a futók felgyorsul. A katalitikus átalakítóban a katalizátor feladata a szennyezés eltávolításának felgyorsítása.,A katalizátor platinából vagy hasonló, platinaszerű fémből készülmint például palládium vagy ródium.

a katalizátor egy nagy fém doboz, csavarozva az alsó az autó, hogy két cső jön ki belőle. Az egyik (a konverter “bemenete”) csatlakozik a motorhoz, és forró, szennyezett füstöt hoz a motor hengereiből (ahol az üzemanyag ég és energiát termel). A második cső (a konverter “kimenete”) a kipufogócsőhöz (kipufogóhoz) van csatlakoztatva., Ahogy a gázokat a motor füstje fúj át a katalizátor, kémiai reakciók zajlanak a felületén, törés szét a szennyező gázok és átalakítja őket más gázok, amelyek elég biztonságos ahhoz, hogy fújja ártalmatlanul ki a levegőbe.

a katalitikus konverterekkel kapcsolatban nagyon fontos megjegyezni, hogy ólommentes üzemanyagot igényelnek, mivel a hagyományos üzemanyag ólom “megmérgezi” a katalizátort, és megakadályozza, hogy kipufogógázokban vegye fel a szennyező anyagokat.

mi történik a konverter belsejében?,

fotó: a mérnökök folyamatosan próbálják javítani a katatalitikus átalakítók teljesítményét, például olyan katalizátorok fejlesztésével, amelyek hatékonyabban működnekalsó hőmérséklet. Ez egy példa az ón-oxidból és platinából készült alacsony hőmérsékletű oxidációs katalizátorra. Fotó: CPL Bryant V A NASA Langley Research Center (NASA-LaRC) jóvoltából.

a konverteren belül a gázok egy kerámiából készült, sűrű méhsejtszerkezeten keresztül áramlanak a katalizátorokkal együtt., A MÉHSEJTSZERKEZET azt jelenti, hogy a gázok egyszerre érintik a katalizátor területét, így gyorsabban és hatékonyan átalakulnak.

általában két különböző katalizátor van az acatalytic converter-ben:

  • egyikük a nitrogén-oxid szennyezésével foglalkozikegy kémiai folyamat, amelyet redukciónak neveznek(az oxigén eltávolítása). Ez lebontja a nitrogén-oxidokat nitrogénre ésoxigéngázok(amelyek ártalmatlanok ,mert már léteznek a körülöttünk lévő levegőben).
  • a másik katalizátor egy ellentétes kémiai eljárással, az oxidációval (addingoxigen) működik, és szén-monoxiddá alakítja a szén-monoxidot., Egy másik oxidációs reakció a kipufogógázban el nem égett szénhidrogéneket szén-dioxiddá és vízzé alakítja.

valójában három különböző kémiai reakció zajlik egyszerre. Ezért beszélünk háromirányú katalizátorokról. (Néhány, kevésbé hatékony átalakító csak a második két (oxidációs) reakciót hajtja végre, ezért kétirányú katalitikus átalakítóknak nevezik őket.)Miután a katalizátor elvégezte a feladatát, a kipufogógázból a nitrogén, az oxigén, a szén-dioxid és a víz (gőz formájában) keletkezik.

mennyire hatékonyak a katalizátorok?,

diagram: a katalizátorok hatékonysága. A macskák nagy különbséget tesznek a kibocsátások között, a háromutas átalakítók jelentős extra előnyöket nyújtanak a kétirányú átalakítókkal szemben. A számok 80 000 kilométerenként grammban mutatják a szennyező anyagokat. Diagram által rajzolt magyarázza, hogy Stuff.com a gépjárművek levegőszennyezésének 3.2.táblázatában (75. oldal) idézett, az amerikai EPA (1990) könnyű benzinüzemű járműveire vonatkozó adatok felhasználása: szabványok és technológiák a kibocsátások szabályozására, Faiz et al, Világbank, 1996.,

a katalizátorokat elsősorban a közvetlen, helyi levegőszennyezés csökkentésére tervezték-piszkos levegő, ahol vezetsz—, és ez a diagram minden bizonnyal azt sugallja, hogy hatékonyak. Ennek ellenére az emberek néha megkérdőjelezik, hogy valóban olyan zöldek-e, mint amilyennek látszanak. Fontos megjegyezni, hogy csökkentik a kibocsátást, nem pedig teljesen kiküszöbölik őket.

az egyik probléma az, hogy csak akkor működnek igazán magas hőmérsékleten (több mint 300°C / 600°F), amikor a motornak esélye volt felmelegedni., A katalizátorok korai típusai általában körülbelül 10-15 percet vettek igénybe a felmelegedéshez, így az utazás első néhány kilométere/mérföldje (vagy egy nagyon rövid út bármely része) teljesen hatástalanok voltak.A Modern konverterek csak 2-3 perc alatt felmelegednek, ennek ellenére jelentős kibocsátások is előfordulhatnak ebben az időben.

diagram: a katalizátorok csak magas üzemi hőmérsékleten válnak hatékonyvá. Ez a táblázat egy tipikus eszköz hatékonyságát mutatja a szén-monoxid különböző hőmérsékleteken történő konvertálásakor., A nitrogén-oxidok valamivel nagyobb hatékonysággal, a szénhidrogének pedig valamivel kisebb hatékonysággal alakulnak át. Magas hőmérsékleten a szén-monoxid a három legkisebb hatékonysággal alakul át.

más kérdés, hogy növelik-e az üvegházhatású gázok kibocsátását. A szén-dioxidot biztonságos gáznak tekintjük, mert a mindennapi koncentrációban nem mérgező. Ennek ellenére nem teljesen ártalmatlan, mert most már tudjuk, hogy ez a globális felmelegedés és az éghajlatváltozás fő oka., Egyesek szerint a katalizátorok rontják az éghajlatváltozást, mert a szén-monoxidot szén-dioxiddá alakítják. Valójában, a szén-monoxid az autó termel végül alakulnak szén-dioxid a légkörben minden önmagában, így a katalizátor nem tesz különbséget, hogy a pontszám: ez egyszerűen csökkenti a szén-monoxid egy autó szivattyúk az utcára, ahogy halad, javítja a helyi levegő minőségét.

de amikor az éghajlatváltozásról van szó, az autómérnökök és a környezetvédők már régóta rámutattak egy másik komoly kérdésre., Bár a macskák a legtöbb nitrogén-oxidot nitrogénné és oxigénné alakítják, a folyamat során kis mennyiségű dinitrogén-oxidot (N2O) is termelnek, ami több mint 300-szor erősebb, mint a szén-dioxid. A baj az, hogy olyan sok járművel az úton, még a kis mennyiségű dinitrogén-oxid is jelentős problémát jelent. 2000-ben aaz éghajlatváltozással foglalkozó kormányközi testület megjegyezte: “a katalitikus átalakítók szennyezéscsökkentő intézkedésként történő bevezetése az iparosodott országok többségében a benzinüzemű járművek N2O-kibocsátásának jelentős növekedését eredményezi.,”Szerencsére az újabb katalizátorok drámaian kevesebb dinitrogén-oxidot termelnek, mint az idősebbek.Ennek ellenére, miközben a katalizátorok minden bizonnyal segítettek a rövid távú légszennyezés kezelésében, felmerül a kérdés, hogy a hosszú távú éghajlatváltozással kapcsolatban ronthatnak-e a helyzeten.