Hva er en katalysator?

Forurensende gasser er laget av skadelige molekyler, men de moleculesare laget fra relativt ufarlig atomer. Så hvis vi kunne finne en måte ofsplitting opp molekyler etter at de la en bil motor og beforethey få pumpet ut i luften, vi kunne knekke problemet ofpollution—eller noe av det, uansett. Det er jobben som en katalysator gjør.

Foto: En eksperimentell nye katalytisk converteris testet under en bil., Bilde gjengitt med tillatelse av Southwest Research Institute andUS Department of Energy/National Renewable Energy Laboratory (DoE/NREL).

Disse gadgets er mye enklere enn de høres ut. En catalystis bare et kjemikalie som gjør en kjemisk reaksjon til å gå raskere uten itselfchanging i prosessen. Det er litt som en friidrett trener som standsby siden av sporet og roper på løpere til å gå raskere. Thecoach ikke kjører hvor som helst, han bare står der, bølger armene om,og gjør løpere fart. I en katalysator, thecatalyst jobb er å fremskynde fjerningen av forurensning.,Katalysator er laget av platina eller lignende, platina-som metalsuch som palladium eller rhodium.

En katalysator er en stor metallboks, boltet til undersiden av bilen, som har to rør som kommer ut av det. En av dem (converter er «input») er koblet til motor og gir, i varme, forurensede gasser fra motorens sylindre (hvor drivstoffet brenner og produserer strøm). Andre rør (det converter er «output») er koblet til eksosrøret (eksos)., Som gasser fra motoren røyk blåse over katalysator, kjemiske reaksjoner finner sted på overflaten, bryte fra hverandre forurensende gasser og konvertere dem til andre gasser som er trygge nok til å blåse harmløst ut i luften.

En svært viktig ting å merke seg om catalytic converters er at de krever at du touse blyfritt drivstoff, fordi ledelsen i konvensjonelle drivstoff»gifter» katalysator og hindrer det fra å ta opp miljøgifter i exhaustgases.

Hva skjer inni converter?,

Foto: Ingeniører prøver hele tiden å forbedre ytelsen ofcatalytic omformere, for eksempel ved utvikling av katalysatorer som kan arbeide mer effektivt atlower temperaturer. Dette er et eksempel på en lav temperatur oksideringskatalysator laget av tinn oksid og platina. Foto av CPL Bryant V courtesy of NASA Langley Research Center (NASA-LaRC).

i-konverter, gasser strømmer gjennom et tett honeycombstructure laget av en keramisk og coatedwith den katalysatorer., Den bikakemønstret fyll betyr at gasser touch abigger området av katalysator på en gang, slik at de er konvertert raskere andefficiently.

Vanligvis, det er to forskjellige katalysatorer i acatalytic converter:

  • En av dem takler nox-forurensning usinga kjemisk prosess som kalles reduksjon(fjerne oksygen). Dette bryter opp nitrogenoksider i nitrogen andoxygen gasser (som er ufarlig, fordi de allerede finnes i airaround oss).
  • andre katalysator verker av en motsatt kjemisk prosess som kalles oksidering (addingoxygen) og slår karbonmonoksid i karbondioksid., En annen oksidasjon reaksjon blir unburned hydrokarboner i eksosen til karbondioksid og vann.

I praksis tre forskjellige kjemiske reaksjoner skjer på samme tid. Det er derfor vi snakker om tre-veis katalysator omformere. (Enkelte, mindre effektiv omformere bære outonly de andre to (oksidasjon) reaksjoner, slik at de er kalt to-veis katalysator omformere.Etter katalysator har gjort jobben sin, hva som kommer ut fra eksosen ismostly nitrogen, oksygen, karbondioksid og vann (i form ofsteam).

Hvor effektiv er catalytic converters?,

Figur: Effektiviteten av katalytisk omformere. Katter gjøre en stor forskjell for utslipp, med tre-veis omformere å gi en betydelig ekstra fordel over to-veis omformere. Tallene viser miljøgifter i gram per kilometer på lag 80 000 kilometer. Diagrammet tegnes ved å Forklare at Stuff.com ved hjelp av data for lys-plikt bensin drevet kjøretøy fra US EPA (1990), sitert i tabell 3.2 (side 75) av luftforurensning fra motorvogner: Standarder og Teknologier for Kontroll av Utslipp, Faiz et al, World Bank, 1996.,

Catalytic converters er i hovedsak utformet for å redusere umiddelbar, lokal luftforurensning—skitne luften der du er ute og kjører—og dette diagrammet absolutt synes å antyde at de er effektive. Selv så, folk noen ganger spørsmål om de egentlig så grønt som de ser ut. Det er viktig å huske at de reduserer utslippene snarere enn å eliminere dem helt.

Ett problem er at de egentlig bare arbeid ved høye temperaturer (over 300°C/600°F eller så), når motoren har hatt sjansen til å varme opp., Tidlig typer catalytic converters vanligvis tok ca 10-15 minutter til å varme opp, så de var helt ineffektiv for de første par km/miles av en reise (eller hvilken som helst del av en meget kort reise).Moderne omformere varme opp i bare 2-3 minutter, selv så, store utslipp kan inntreffe i løpet av denne tiden.

Figur: Catalytic converters bare blir effektiv ved høye driftstemperaturer. Denne oversikten viser effektiviteten av en typisk enheten ved konvertering av karbonmonoksid ved en rekke forskjellige temperaturer., Nitrogenoksider er konvertert med litt høyere effektivitet og hydrokarboner med litt mindre effektivitet. Ved høye temperaturer, karbonmonoksid er konvertert med den minst effektiviteten av de tre.

et Annet problem er om de øker klimagassutslippene. Vi tror av karbondioksid som et trygt gass, fordi det er ikke giftig i hverdagen konsentrasjoner. Likevel, det er ikke helt ufarlig, fordi vi nå vet at det er den viktigste årsaken til global oppvarming og klimaendringer., Noen mennesker tror catalytic converters gjøre klimaendringer verre fordi de slår karbonmonoksid i karbondioksid. Faktisk, karbonmonoksid bilen produserer slutt ville slå inn karbondioksid i atmosfæren helt av seg selv, så en katalysator gjør ingen forskjell på den fronten: det bare reduserer karbonmonoksid en bil pumper inn i gaten som det kjører langs, er å bedre den lokale luftkvaliteten.

Men når det kommer til klimaendringer, auto ingeniører og miljøvernere har lenge pekt på en annen alvorlig problem., Selv om katter slå de fleste nitrogenoksider til nitrogen og oksygen, de produserer også små mengder av lystgass (N2O) i prosessen, en drivhusgass som er over 300 ganger mer potent enn karbondioksid. Problemet er at med så mange biler på veien, selv små mengder lystgass legge opp til et stort problem. Tilbake i 2000, theIntergovernmental Panel on Climate Change bemerket: «innføring av katalytisk omformere som en forurensning måle i de fleste industrialiserte land er noe som resulterer i en vesentlig økning i N2O-utslipp fra bensin kjøretøy.,»Heldigvis, nyere catalytic converters produserer langt mindre lystgass enn eldre.Selv så, mens catalytic converters har sikkert hjulpet oss til å håndtere kortsiktige luftforurensning, det areconcerns som, når det kommer til langsiktige klimaendringer, kan de være å gjøre vondt verre.