Vad är en katalysator?

förorenande gaser är gjorda av skadliga molekyler, men dessa molekyler är gjorda av relativt ofarliga atomer. Så om vi kunde hitta ett sätt att dela upp molekylerna efter att de lämnat en bilmotor och innan de pumpas ut i luften, kan vi ändå lösa problemet med föroreningar-eller en del av det. Det är jobbet som en katalysator gör.

foto: en experimentell ny katalytisk konverterare testas under en bil., Bild med tillstånd av Southwest Research Institute andUS Institutionen för Energi/National Renewable Energy Laboratory (DoE/NREL).

dessa prylar är mycket enklare än de låter. En katalysator är helt enkelt en kemikalie som gör en kemisk reaktion går snabbare utan självförändring i processen. Det är lite som en friidrottstränare som står vid sidan av banan och ropar på löparna för att gå snabbare. Thecoach springer inte någonstans; han står bara där, vinkar armarna om och gör löparna snabba upp. I en katalysator är katalysatorns uppgift att påskynda avlägsnandet av föroreningar.,Katalysatorn är gjord av platina eller liknande, platinliknande metallersom palladium eller rodium.

en katalysator är en stor metalllåda, bultad till undersidan av din bil, som har två rör som kommer ut ur den. En av dem (omvandlarens ”ingång”) är ansluten till motorn och tar in heta, förorenade rök från motorns cylindrar (där bränslet brinner och producerar kraft). Det andra röret (omvandlarens ”utgång”) är anslutet till avgasröret (avgas)., När gaserna från motorn ångor blåsa över katalysatorn, kemiska reaktioner sker på dess yta, bryta isär de förorenande gaserna och omvandla dem till andra gaser som är säkra nog att blåsa ofarligt ut i luften.

en mycket viktig sak att notera om katalysatorer är att de kräver att du använder blyfritt bränsle, eftersom ledningen i konventionellt bränsle”förgiftar” katalysatorn och förhindrar att den tar upp föroreningarna i avgaser.

vad händer inuti omvandlaren?,

foto: ingenjörer försöker ständigt förbättra prestandan hos katalysatorer, till exempel genom att utveckla katalysatorer som arbetar mer effektivt vid lägre temperaturer. Detta är ett exempel på en lågtemperaturoxidationskatalysator gjord av tennoxid och platina. Foto av CPL Bryant V artighet av NASA Langley Research Center (NASA-LaRC).

inuti omvandlaren strömmar gaserna genom en tät bikakestruktur Tillverkad av keramik och belagd med katalysatorerna., Bikakestrukturen innebär att gaserna berör abiggerområdet katalysator på en gång, så de omvandlas snabbare och effektivt.

typiskt finns det två olika katalysatorer i akatalysatoromvandlare:

  • en av dem hanterar kväveoxidföroreningar med en kemisk process som kallas reduktion(avlägsnande av syre). Detta bryter upp kväveoxider i kväve ochsyregaser (som är ofarliga, eftersom de redan finns i airaround oss).
  • den andra katalysatorn fungerar genom en motsatt kemisk process som kallas oxidation (addingoxygen) och omvandlar kolmonoxid till koldioxid., En annan oxidationsreaktion förvandlar oförbrända kolväten i avgaserna till koldioxid och vatten.

i själva verket pågår tre olika kemiska reaktioner samtidigt. Det är därför vi pratar om trevägs katalysatorer. (Vissa mindre effektiva omvandlare utförbara de andra två (oxidations) reaktionerna, så de kallas tvåvägskatalysatorer.) Efter katalysatorn har gjort sitt jobb, vad som framgår av avgaserna ärmestadels kväve, syre, koldioxid och vatten (i form avång).

hur effektiva är katalysatorer?,

Diagram: katalysatorns effektivitet. Katter gör stor skillnad för utsläpp, med trevägsomvandlare som ger en betydande extra fördel jämfört med tvåvägsomvandlare. Siffrorna visar föroreningar i gram per kilometer vid 80.000 kilometer. Sjökortet ritas genom att Förklara att Stuff.com med hjälp av data för lätta bensindrivna fordon från US EPA (1990), som citeras i tabell 3.2 (sidan 75) av Luftföroreningar från Motorfordon: Standarder och Tekniker för Kontroll av Utsläpp, Faiz et al, världsbanken, 1996.,

katalysatorer är huvudsakligen utformade för att minska omedelbar, lokal luftförorening—smutsig luft där du kör—och det här diagrammet verkar säkert föreslå att de är effektiva. Trots det ifrågasätter folk ibland om de verkligen är så gröna som de verkar. Det är viktigt att komma ihåg att de minskar utsläppen snarare än att eliminera dem helt.

ett problem är att de bara verkligen arbetar vid höga temperaturer (över 300°C/600°F eller så), när motorn har haft chans att värma upp., Tidiga typer av katalysatorer tog vanligtvis ca 10-15 minuter att värma upp, så de var helt ineffektiva för de första kilometerna/miles av en resa (eller någon del av en mycket kort resa).Moderna omvandlare värms upp på bara 2-3 minuter; även så kan betydande utsläpp fortfarande förekomma under denna tid.

Diagram: katalysatorer blir bara effektiva vid höga driftstemperaturer. Detta diagram visar effektiviteten hos en typisk anordning vid omvandling av kolmonoxid vid en rad olika temperaturer., Kväveoxider omvandlas med något högre effektivitet och kolväten med något mindre effektivitet. Vid höga temperaturer omvandlas kolmonoxid med minst effektivitet hos de tre.

en annan fråga är om de ökar utsläppen av växthusgaser. Vi tänker på koldioxid som en säker gas, eftersom det inte är giftigt i vardagliga koncentrationer. Ändå är det inte helt ofarligt, eftersom vi nu vet att det är den främsta orsaken till global uppvärmning och klimatförändringar., Vissa tror att katalysatorer gör klimatförändringarna värre eftersom de förvandlar kolmonoxid till koldioxid. Faktum är att kolmonoxiden som din bil producerar så småningom skulle bli koldioxid i atmosfären av sig själv, så en katalysator gör ingen skillnad på den poängen: det minskar helt enkelt kolmonoxiden en bil pumpar in på gatan när den kör längs, förbättra den lokala luftkvaliteten.

men när det gäller klimatförändringar har bilingenjörer och miljöaktivister länge påpekat en annan allvarlig fråga., Även om katter gör de flesta kväveoxider till kväve och syre, producerar de också små mängder kväveoxid (N2O) i processen, en växthusgas som är över 300 gånger mer potent än koldioxid. Problemet är att med så många fordon på vägen, även små mängder lustgas lägga till ett stort problem. År 2000 noterade den mellanstatliga panelen för klimatförändringar: ”införandet av katalysatorer som en åtgärd för att begränsa föroreningar i de flesta industriländer leder till en avsevärd ökning av utsläppen från bensindrivna fordon.,”Lyckligtvis producerar nyare katalysatorer dramatiskt mindre kväveoxid än äldre.Även om katalysatorerna verkligen har hjälpt oss att ta itu med kortsiktiga luftföroreningar, finns det dock en uppfattning om att de, när det gäller långsiktiga klimatförändringar, skulle kunna göra saken värre.