Co to jest katalizator?

gazy zanieczyszczające zbudowane są ze szkodliwych cząsteczek, ale cząsteczki te zbudowane są ze stosunkowo nieszkodliwych atomów. Więc gdybyśmy znaleźli sposób na rozdzielenie cząsteczek po opuszczeniu silnika samochodu i przed wypompowaniem ich w powietrze, moglibyśmy rozwiązać problem zanieczyszczenia-lub niektórych z nich, w każdym razie. Taką pracę wykonuje katalizator.

Zdjęcie: eksperymentalny nowy konwerter katalityczny testowany pod samochodem., Zdjęcie dzięki uprzejmości Southwest Research Institute andUS Department of Energy/National Renewable Energy Laboratory (Doe / NREL).

te gadżety są znacznie prostsze niż się wydaje. Katalizator to po prostu substancja chemiczna, która sprawia, że reakcja chemiczna przebiega szybciej bez samoistnej zmiany w procesie. To trochę jak trener lekkoatletyczny, który stoi po stronie toru i krzyczy na biegaczy, aby jechali szybciej. Wózek nigdzie nie biega, po prostu stoi, macha rękami i sprawia, że biegacze przyspieszają. W katalizatorze zadaniem katalizatora jest przyspieszenie usuwania zanieczyszczeń.,Katalizator jest wykonany z platyny lub podobnego, platynopodobnego metalu, takiego jak pallad lub Rod.

katalizator to duża metalowa skrzynka przykręcona do spodu samochodu, z której wychodzą dwie rury. Jeden z nich („wejście” przetwornika) jest podłączony do silnika i doprowadza gorące, zanieczyszczone opary z cylindrów silnika (gdzie paliwo pali się i wytwarza moc). Druga rura („wyjście” przetwornika) jest podłączona do rury wydechowej (wydechowej)., Gdy gazy z oparów silnika nadmuchują katalizator, reakcje chemiczne zachodzą na jego powierzchni, rozbijając zanieczyszczone gazy i przekształcając je w inne gazy, które są wystarczająco bezpieczne, aby bez szkody wydmuchiwać je w powietrze.

jedną z bardzo ważnych rzeczy na temat katalizatorów jest to, że wymagają one paliwa bezołowiowego, ponieważ ołów w konwencjonalnym paliwie”zatruwa” katalizator i zapobiega jego pobieraniu zanieczyszczeń w gazach spalinowych.

co dzieje się wewnątrz konwertera?,

Zdjęcie: Inżynierowie nieustannie starają się poprawiać wydajność konwerterów katalitycznych, na przykład poprzez opracowywanie katalizatorów, które działają skuteczniej niższe temperatury. Jest to przykład niskotemperaturowego katalizatora utleniania wykonanego z tlenku cyny i platyny. Zdjęcie CPL Bryant V dzięki uprzejmości NASA Langley Research Center (NASA-LaRC).

wewnątrz konwertera gazy przepływają przez gęstą strukturę plastrów miodu wykonaną z ceramiki i pokrytą katalizatorami., Struktura plastra miodu oznacza, że gazy dotykają jednocześnie większej powierzchni katalizatora, dzięki czemu są one szybciej i efektywniej przekształcane.

zazwyczaj w konwerterze akatalitycznym występują dwa różne katalizatory:

  • jeden z nich zajmuje się zanieczyszczeniem tlenkiem azotu za pomocą procesu chemicznego zwanego redukcją(usuwaniem tlenu). Powoduje to rozpad tlenków azotu na gazy azotowo-tlenowe (które są nieszkodliwe, ponieważ już występują w powietrzu).
  • drugi katalizator działa w odwrotnym procesie chemicznym zwanym utlenianie (dodawanie tlenku węgla) i zamienia tlenek węgla w dwutlenek węgla., Inna reakcja utleniania zamienia niespalone węglowodory w spalinach w dwutlenek węgla i wodę.

w efekcie zachodzą trzy różne reakcje chemiczne w tym samym czasie. Dlatego mówimy o trójdrożnych katalizatorach. (Niektóre, mniej skuteczne Konwertery przeprowadzają tylko dwie drugie reakcje (utlenianie), więc są nazywane dwukierunkowymi katalizatorami.) Po wykonaniu przez katalizator swojej pracy, to, co wyłania się ze spalin, to głównie azot, tlen, dwutlenek węgla i woda (w postaci pary wodnej).

jak skuteczne są katalizatory?,

Wykres: skuteczność katalizatorów. Koty mają duże znaczenie dla emisji, A konwertery trójdrożne dają znaczną dodatkową korzyść w stosunku do konwerterów dwukierunkowych. Dane pokazują zanieczyszczenia w gramach na kilometr na 80 000 kilometrów. / Align = „left” / Stuff.com using data for light-duty gasoline fueled vehicles from US EPA (1990), quoted in table 3.2 (page 75) of Air Pollution from Motor Vehicles: Standards and Technologies for Controlling Emissions, Faiz et al, World Bank, 1996.,

katalizatory są zaprojektowane głównie w celu zmniejszenia natychmiastowego, lokalnego zanieczyszczenia powietrza-brudnego powietrza w miejscu, w którym jeździsz-i ten Wykres z pewnością sugeruje, że są skuteczne. Mimo to, ludzie czasami zastanawiają się, czy są naprawdę tak zielone, jak się wydają. Ważne jest, aby pamiętać, że redukują one emisje, a nie całkowicie je eliminują.

jeden problem polega na tym, że tak naprawdę pracują tylko w wysokich temperaturach (ponad 300°C / 600°F lub tak), gdy silnik miał szansę się rozgrzać., Wczesne typy katalizatorów Zwykle zajmowały około 10-15 minut na rozgrzanie się, więc były całkowicie nieskuteczne przez pierwsze kilka kilometrów podróży (lub dowolną część bardzo krótkiej podróży).Nowoczesne Konwertery rozgrzewają się w ciągu zaledwie 2-3 minut; mimo to nadal mogą wystąpić znaczne emisje.

Wykres: katalizatory stają się wydajne tylko w wysokich temperaturach roboczych. Wykres ten pokazuje skuteczność typowego urządzenia w przetwarzaniu tlenku węgla w zakresie różnych temperatur., Tlenki azotu są przekształcane z nieco wyższą wydajnością, a węglowodory z nieco mniejszą wydajnością. W wysokich temperaturach tlenek węgla jest przekształcany z najmniejszą wydajnością z tych trzech.

Kolejną kwestią jest to, czy zwiększają one emisję gazów cieplarnianych. Uważamy dwutlenek węgla za Bezpieczny Gaz, ponieważ nie jest toksyczny w codziennych stężeniach. Niemniej jednak, nie jest to całkowicie nieszkodliwe, ponieważ teraz wiemy, że jest główną przyczyną globalnego ocieplenia i zmian klimatycznych., Niektórzy uważają, że katalizatory pogarszają zmiany klimatyczne, ponieważ zamieniają tlenek węgla w dwutlenek węgla. W rzeczywistości tlenek węgla wytwarzany przez samochód w końcu sam zamieni się w dwutlenek węgla w atmosferze, więc katalizator nie robi różnicy w tym zakresie: po prostu zmniejsza tlenek węgla, który samochód pompuje na ulicę podczas jazdy, poprawiając lokalną jakość powietrza.

ale jeśli chodzi o zmiany klimatyczne, inżynierowie motoryzacji i ekolodzy od dawna zwracają uwagę na inny poważny problem., Chociaż koty przekształcają większość tlenków azotu w azot i tlen, wytwarzają również niewielkie ilości podtlenku azotu (N2O) w tym procesie, gaz cieplarniany, który jest ponad 300 razy silniejszy niż dwutlenek węgla. Problem polega na tym, że przy tak wielu pojazdach na drodze nawet niewielkie ilości podtlenku azotu stanowią poważny problem. W 2000 r. rządowy Panel ds. zmian klimatu zauważył: „wprowadzenie katalizatorów jako środka kontroli zanieczyszczeń w większości krajów uprzemysłowionych powoduje znaczny wzrost emisji N2O z pojazdów benzynowych.,”Na szczęście nowsze katalizatory wytwarzają znacznie mniej podtlenku azotu niż starsze.Mimo to, chociaż katalizatory z pewnością pomogły nam w walce z krótkoterminowym zanieczyszczeniem powietrza, istnieją obawy, że jeśli chodzi o długoterminowe zmiany klimatyczne, mogą one pogorszyć sytuację.