Wat is een katalysator?
verontreinigende gassen zijn gemaakt van schadelijke moleculen, maar deze moleculen zijn gemaakt van relatief onschadelijke atomen. Dus als we een manier konden vinden om de moleculen op te splitsen nadat ze de motor van een auto verlaten en voordat ze in de lucht worden gepompt, kunnen we het probleem van de vervuiling oplossen—of een deel ervan, in ieder geval. Dat is het werk dat een katalysator doet.
Foto: een experimentele nieuwe katalysator wordt onder een auto getest., Foto met dank aan Southwest Research Institute Andus Department of Energy / National Renewable Energy Laboratory (DoE/NREL).
deze gadgets zijn veel eenvoudiger dan ze klinken. Een katalystis gewoon een chemische stof die ervoor zorgt dat een chemische reactie sneller gaat zonder dat het zelf verandert in het proces. Het is een beetje als een atletiek coach die aan de zijkant van de baan staat en roept naar de lopers om sneller te gaan. De koets rent nergens heen; hij staat daar gewoon, zwaait met zijn armen en laat de lopers versnellen. In een katalysator is het de taak van de Katalyst om de vervuiling sneller weg te werken.,De katalysator is gemaakt van platina of een soortgelijke, platina-achtige metaal zoals palladium of rhodium.
een katalysator is een grote metalen behuizing die aan de onderkant van uw auto is vastgeschroefd en waarvan er twee pijpen uit komen. Een daarvan (de “input” van de converter) is aangesloten op de motor en brengt hete, vervuilde dampen van de cilinders van de motor (waar de brandstof brandt en energie produceert). De tweede buis (de “output” van de converter) is aangesloten op de uitlaat (uitlaat)., Als de gassen van de motordampen over de katalysator blazen, vinden er chemische reacties plaats op het oppervlak, waarbij de verontreinigende gassen worden afgebroken en omgezet in andere gassen die veilig genoeg zijn om onschadelijk de lucht in te blazen.
een zeer belangrijk ding om op te merken over katalysatoren is dat ze gebruik moeten maken van loodvrije brandstof, omdat het lood in conventionele brandstof de katalysator”vergiftigt” en voorkomt dat deze de verontreinigende stoffen in uitlaatgassen opneemt.
Wat gebeurt er in de converter?,
Foto: ingenieurs proberen voortdurend de prestaties van katalytische converters te verbeteren, Bijvoorbeeld door katalysatoren te ontwikkelen die effectiever werken bij lagere temperaturen. Dit is een voorbeeld van een lage-temperatuur oxidatiekatalysator gemaakt van tinoxide en platina. Foto van CPL Bryant V met dank aan NASA Langley Research Center (NASA-LaRC).
in de converter stromen de gassen door een dichte honingraatstructuur, gemaakt van een Keramiek en gecoat met de katalysatoren., De honingraatstructuur betekent dat de gassen in één keer een groter gebied van de katalysator raken, zodat ze sneller en efficiënter worden omgezet.
kenmerkend zijn twee verschillende katalysatoren in acatalytische omzetter:
- Eén van hen pakt de verontreiniging met stikstofoxide aan door gebruik te maken van een chemisch proces dat reductie(verwijdering van zuurstof) wordt genoemd. Dit breekt stikstofoxiden in stikstof enoxygengassen (die onschadelijk zijn, omdat ze al in de lucht rond ons bestaan).
- de andere katalysator werkt volgens een tegengesteld chemisch proces dat oxidatie (addingoxygen) wordt genoemd en verandert koolmonoxide in kooldioxide., Een andere oxidatiereactie verandert onverbrande koolwaterstoffen in de uitlaat in kooldioxide en water.
in feite zijn er drie verschillende chemische reacties op hetzelfde moment. Daarom hebben we het over driewegkatalysatoren. (Sommige, minder effectieve converters voeren alleen de tweede twee (oxidatie) reacties uit, dus worden ze tweewegkatalysatoren genoemd.) Nadat de katalysator zijn werk heeft gedaan, wat uit de uitlaat komt is voornamelijk stikstof, zuurstof, kooldioxide en water (in de vorm van Stam).
hoe doeltreffend zijn katalysatoren?,
grafiek: effectiviteit van katalysatoren. Katten maken een groot verschil voor emissies, met driewegconvertors die een aanzienlijk extra voordeel bieden ten opzichte van tweewegconvertors. De cijfers tonen verontreinigende stoffen in gram per kilometer op 80.000 kilometer. Grafiek getekend door leg uit dat Stuff.com US EPA (1990), vermeld in tabel 3.2 (blz.75) van Air Pollution from Motor Vehicles: Standards and Technologies for Controlling Emissions, Faiz et al, Wereldbank, 1996.,
katalysatoren zijn voornamelijk ontworpen om directe, lokale luchtvervuiling—vuile lucht waar u rijdt—te verminderen en deze grafiek lijkt zeker te suggereren dat ze effectief zijn. Toch vragen mensen zich soms af of ze echt zo groen zijn als ze lijken. Het is belangrijk om te onthouden dat ze de uitstoot verminderen in plaats van ze volledig te elimineren.
een probleem is dat ze alleen echt werken bij hoge temperaturen (meer dan 300°C of zo), wanneer de motor de kans heeft gehad om op te warmen., Vroege types van katalysatoren meestal duurde ongeveer 10-15 minuten om op te warmen, dus ze waren volledig ineffectief voor de eerste paar kilometer/mijl van een reis (of een deel van een zeer korte reis).Moderne converters warmen op in slechts 2-3 minuten; toch kunnen er in deze tijd nog steeds aanzienlijke emissies optreden.
grafiek: katalysatoren worden alleen efficiënt bij hoge bedrijfstemperaturen. Deze grafiek toont de efficiëntie van een typisch apparaat bij het omzetten van koolmonoxide bij verschillende temperaturen., Stikstofoxiden worden omgezet met een iets hoger rendement en koolwaterstoffen met een iets minder rendement. Bij hoge temperaturen wordt koolmonoxide omgezet met de minste efficiëntie van de drie.
een ander probleem is de vraag of ze de uitstoot van broeikasgassen verhogen. We zien kooldioxide als een veilig gas, omdat het niet giftig is in dagelijkse concentraties. Toch is het niet helemaal onschadelijk, omdat we nu weten dat het de belangrijkste oorzaak is van de opwarming van de aarde en klimaatverandering., Sommige mensen geloven dat katalysatoren de klimaatverandering verergeren omdat ze koolmonoxide omzetten in koolstofdioxide. In feite, de koolmonoxide die uw auto produceert zou uiteindelijk veranderen in kooldioxide in de atmosfeer helemaal op zichzelf, dus een katalysator maakt geen verschil op dat punt: het vermindert gewoon de koolmonoxide een auto pompen in de straat als het rijdt langs, het verbeteren van de lokale luchtkwaliteit.
maar als het gaat om klimaatverandering, hebben auto-ingenieurs en milieudeskundigen al lang gewezen op een ander ernstig probleem., Hoewel katten de meeste stikstofoxiden omzetten in stikstof en zuurstof, produceren ze ook kleine hoeveelheden lachgas (N2O), een broeikasgas dat meer dan 300 keer krachtiger is dan kooldioxide. Het probleem is dat met zoveel voertuigen op de weg, zelfs kleine hoeveelheden lachgas tot een groot probleem. In 2000 merkte het Intergovernmental Panel on Climate Change op: “de invoering van katalysatoren als maatregel ter bestrijding van verontreiniging in de meeste geïndustrialiseerde landen leidt tot een aanzienlijke toename van de N2O-emissies van benzinevoertuigen.,”Gelukkig produceren nieuwere katalysatoren dramatisch minder lachgas dan oudere.Hoewel katalysatoren ons zeker hebben geholpen om de luchtverontreiniging op korte termijn aan te pakken, bestaat er bezorgdheid dat ze de zaken op lange termijn nog erger zouden kunnen maken als het gaat om klimaatverandering.