Che cos’è un convertitore catalitico?
I gas inquinanti sono fatti di molecole nocive, ma quelle molecolesare fatto da atomi relativamente innocui. Quindi, se potessimo trovare un modo di dividere le molecole dopo che hanno lasciato il motore di un’auto e prima che vengano pompate in aria, potremmo risolvere il problema dell’inquinamento—o parte di esso, comunque. Questo è il lavoro che fa un convertitore catalitico.
Foto: Un nuovo catalizzatore sperimentale è testato sotto un’auto., Immagine per gentile concessione di Southwest Research Institute andUS Dipartimento di Energia / National Renewable Energy Laboratory (DoE/NREL).
Questi gadget sono molto più semplici di quanto sembrino. Un catalizzatore è semplicemente una sostanza chimica che rende una reazione chimica andare più veloce senza itselfchanging nel processo. È un po ‘ come un allenatore di atletica che si trova sul lato della pista e grida ai corridori di andare più veloce. Thecoach non corre da nessuna parte; sta solo lì, agita le braccia e fa accelerare i corridori. In un convertitore catalitico, il compito del catalizzatore è accelerare la rimozione dell’inquinamento.,Il catalizzatore è realizzato in platino o un metallo simile al platinocome il palladio o il rodio.
Un convertitore catalitico è una grande scatola di metallo, imbullonata alla parte inferiore della tua auto, che ha due tubi che ne escono. Uno di questi (“ingresso” del convertitore) è collegato al motore e porta fumi caldi e inquinati dai cilindri del motore (dove il carburante brucia e produce energia). Il secondo tubo (“uscita” del convertitore) è collegato al tubo di scarico (scarico)., Mentre i gas dei fumi del motore soffiano sul catalizzatore, le reazioni chimiche avvengono sulla sua superficie, rompendo i gas inquinanti e convertendoli in altri gas che sono abbastanza sicuri da soffiare in modo innocuo nell’aria.
Una cosa molto importante da notare sui convertitori catalitici è che richiedono di utilizzare carburante senza piombo, perché il piombo nel carburante convenzionale”avvelena” il catalizzatore e gli impedisce di assorbire gli inquinanti nei gas di scarico.
Cosa succede all’interno del convertitore?,
Foto: Gli ingegneri cercano costantemente di migliorare le prestazioni dei convertitori catalitici, ad esempio, sviluppando catalizzatori che funzionano in modo più efficacetemperature inferiori. Questo è un esempio di un catalizzatore di ossidazione a bassa temperatura a base di ossido di stagno e platino. Foto di CPL Bryant V per gentile concessione del NASA Langley Research Center (NASA-LaRC).
All’interno del convertitore, i gas fluiscono attraverso una struttura a nido d’ape densa realizzata in ceramica e rivestita con i catalizzatori., La struttura a nido d’ape significa che i gas toccano un’area più ampia del catalizzatore contemporaneamente, quindi vengono convertiti in modo più rapido ed efficiente.
In genere, ci sono due diversi catalizzatori nel convertitore acatalitico:
- Uno di essi affronta l’inquinamento da ossido di azoto utilizzando un processo chimico chiamato riduzione(rimozione dell’ossigeno). Questo rompe gli ossidi di azoto in azoto egas di ossigeno (che sono innocui, perché esistono già nell’aria intorno a noi).
- L’altro catalizzatore funziona con un processo chimico opposto chiamato ossidazione (addingoxygen) e trasforma il monossido di carbonio in anidride carbonica., Un’altra reazione di ossidazione trasforma gli idrocarburi incombusti nello scarico in anidride carbonica e acqua.
In effetti, tre diverse reazioni chimiche sono in corso allo stesso tempo. Ecco perché parliamo di convertitori catalitici a tre vie. (Alcuni convertitori meno efficaci eseguonosolo le seconde due reazioni (ossidazione), quindi sono chiamate convertitori catalitici a due vie.)Dopo che il catalizzatore ha svolto il suo lavoro, ciò che emerge dallo scarico è principalmente azoto, ossigeno, anidride carbonica e acqua (sotto forma di vapore).
Quanto sono efficaci i convertitori catalitici?,
Grafico: Efficacia dei convertitori catalitici. I gatti fanno una grande differenza per le emissioni, con i convertitori a tre vie che offrono un vantaggio aggiuntivo significativo rispetto ai convertitori a due vie. Le cifre mostrano inquinanti in grammi per chilometro a 80.000 chilometri. Grafico disegnato da Spiegare che Stuff.com utilizzando i dati per i veicoli alimentati a benzina leggeri da US EPA (1990), citato nella tabella 3.2 (pagina 75) di Inquinamento atmosferico da veicoli a motore: standard e tecnologie per il controllo delle emissioni, Faiz et al, Banca mondiale, 1996.,
I convertitori catalitici sono principalmente progettati per ridurre l’inquinamento atmosferico locale immediato—l’aria sporca dove si sta guidando—e questo grafico sembra certamente suggerire che sono efficaci. Anche così, le persone a volte si chiedono se sono davvero verdi come sembrano. È importante ricordare che riducono le emissioni piuttosto che eliminarle completamente.
Un problema è che funzionano davvero solo a temperature elevate (oltre 300°C / 600°F o giù di lì), quando il motore ha avuto la possibilità di riscaldarsi., I primi tipi di convertitori catalitici impiegavano in genere circa 10-15 minuti per riscaldarsi, quindi erano completamente inefficaci per i primi chilometri/miglia di un viaggio (o qualsiasi parte di un viaggio molto breve).I convertitori moderni si riscaldano in soli 2-3 minuti; anche così, possono ancora verificarsi emissioni significative durante questo periodo.
Grafico: I convertitori catalitici diventano efficienti solo a temperature di esercizio elevate. Questo grafico mostra l’efficienza di un dispositivo tipico nella conversione del monossido di carbonio a una gamma di temperature diverse., Gli ossidi di azoto vengono convertiti con efficienza leggermente superiore e gli idrocarburi con efficienza leggermente inferiore. A temperature elevate, il monossido di carbonio viene convertito con la minima efficienza dei tre.
Un altro problema è se aumentano le emissioni di gas serra. Pensiamo all’anidride carbonica come un gas sicuro, perché non è tossico nelle concentrazioni quotidiane. Tuttavia, non è del tutto innocuo, perché ora sappiamo che è la causa principale del riscaldamento globale e del cambiamento climatico., Alcune persone credono che i convertitori catalitici peggiorino i cambiamenti climatici perché trasformano il monossido di carbonio in anidride carbonica. In effetti, il monossido di carbonio che produce la tua auto alla fine si trasformerebbe in anidride carbonica nell’atmosfera da solo, quindi un convertitore catalitico non fa alcuna differenza su quel punteggio: riduce semplicemente il monossido di carbonio che un’auto pompa in strada mentre guida, migliorando la qualità dell’aria locale.
Ma quando si tratta di cambiamenti climatici, gli ingegneri automobilistici e gli ambientalisti hanno da tempo sottolineato un altro problema serio., Sebbene i gatti trasformino la maggior parte degli ossidi di azoto in azoto e ossigeno, producono anche piccole quantità di protossido di azoto (N2O) nel processo, un gas serra che è oltre 300 volte più potente dell’anidride carbonica. Il guaio è che con così tanti veicoli sulla strada, anche piccole quantità di protossido di azoto aggiungere fino a un grosso problema. Già nel 2000, il Panel intergovernativo sui cambiamenti climatici ha osservato: “L’introduzione di convertitori catalitici come misura di controllo dell’inquinamento nella maggior parte dei paesi industrializzati si traduce in un aumento sostanziale delle emissioni di N2O dai veicoli a benzina.,”Fortunatamente, i convertitori catalitici più recenti producono drasticamente meno protossido di azoto rispetto a quelli più vecchi.Tuttavia, mentre i convertitori catalitici ci hanno certamente aiutato ad affrontare l’inquinamento atmosferico a breve termine, ci sono preoccupazioni che, quando si tratta di cambiamenti climatici a lungo termine, potrebbero peggiorare le cose.