Ve Spojených státech jezdí na silnicích miliony aut a každé z nich je zdrojem znečištění ovzduší. Zejména ve velkých městech může množství znečištění, které produkují všechna auta dohromady, způsobit velké problémy.
K vyřešení těchto problémů města, státy a federální vláda vytvářejí zákony o čistém ovzduší, které omezují množství znečištění, které mohou auta produkovat. V průběhu let výrobci automobilů provedli mnoho vylepšení automobilových motorů a palivových systémů, aby udrželi krok s těmito zákony. Jedna z těchto změn přišla v roce 1975 se zajímavým zařízením nazvaným katalyzátor . Úkolem katalyzátoru je přeměnit škodlivé znečišťující látky na méně škodlivé emise dříve, než vůbec opustí výfukový systém automobilu.
Katalyzátory jsou úžasně jednoduchá zařízení, takže je neuvěřitelné vidět, jak velký dopad mají. V tomto článku se dozvíte, které znečišťující látky jsou produkovány motorem a jak se katalyzátor vypořádá s každou z těchto znečišťujících látek, aby pomohl snížit emise vozidel.
ObsahAby se snížily emise, moderní motory automobilů pečlivě kontrolují množství paliva, které spálí. Snaží se udržet poměr vzduchu a paliva velmi blízko stechiometrickému bod, což je ideální poměr vzduchu a paliva. Teoreticky při tomto poměru bude veškeré palivo spáleno s využitím veškerého kyslíku ve vzduchu. U benzínu je stechiometrický poměr asi 14,7:1, což znamená, že na každou libru benzinu se spálí 14,7 liber vzduchu. Palivová směs se vlastně během jízdy od ideálního poměru dost liší. Někdy může být směs chudá (poměr vzduchu a paliva vyšší než 14,7) a jindy může být směs bohatá (poměr vzduchu a paliva nižší než 14,7).
Hlavní emise motoru automobilu jsou:
Tyto emise jsou většinou neškodné, ačkoli se předpokládá, že emise oxidu uhličitého přispívají ke globálnímu oteplování. Protože spalovací proces není nikdy dokonalý, vznikají v motorech automobilů i menší množství škodlivějších emisí. Katalyzátory jsou navrženy tak, aby snížily všechny tři:
V další části se podíváme na to, co se přesně děje uvnitř katalyzátoru.
Jsou na řadě sekačky na trávu?Galon za galon, nové motory sekaček na trávu přispívají 93krát více emisemi tvořícími smog než nová auta. Není divu, že EPA a státní regulační orgány Kalifornie se usilovně snaží dostat do sekaček na trávu a dalších malých motorů katalyzátory velikosti golfového míčku. Stejně jako v 70. letech se však zákonodárci setkávají s mocnou lobby. Briggs &Stratton, přední výrobce malých motorů, říká, že tyto předpisy by vedly k nebezpečnému produktu, který vydává příliš mnoho tepla. Čtyři menší výrobci motorů sekaček na trávu toto obvinění vyvrátili. Briggs &Stratton také tvrdí, že přehřátí by mohlo způsobit požáry kartáčů, pokud sekačky zůstanou spuštěné a v klidu. Kalifornští demokraté a EPA si myslí, že to má více společného s konečným výsledkem. Přijaté předpisy navržené v Kalifornii by mohly snížit emise o ekvivalent 800 000 aut denně [zdroj:Barringer].
V chemii katalyzátor je látka, která způsobuje nebo urychluje chemickou reakci, aniž by byla sama ovlivněna. Katalyzátory se účastní reakcí, ale nejsou ani reaktanty, ani produkty reakce, kterou katalyzují. V lidském těle jsou enzymy přirozeně se vyskytující katalyzátory odpovědné za mnoho základních biochemických reakcí [zdroj:Chemicool].
V katalyzátoru fungují dva různé typy katalyzátoru, redukční katalyzátor a oxidační katalyzátor . Oba typy se skládají z keramické struktury potažené kovovým katalyzátorem, obvykle platinou, rhodiem a/nebo palladiem. Cílem je vytvořit strukturu, která vystaví maximální povrchovou plochu katalyzátoru proudu výfukových plynů a zároveň minimalizuje množství potřebného katalyzátoru, protože materiály jsou extrémně drahé. Některé z nejnovějších konvertorů dokonce začaly používat zlato ve směsi s tradičnějšími katalyzátory. Zlato je levnější než ostatní materiály a mohlo by zvýšit oxidaci, chemickou reakci, která snižuje znečišťující látky, až o 40 procent [zdroj:Kanellos].
Většina moderních vozů je vybavena třícestnými katalyzátory . To se týká tří regulovaných emisí, které pomáhá snižovat.
redukční katalyzátor je prvním stupněm katalyzátoru. Používá platinu a rhodium ke snížení emisí NOx. Když se molekula NO nebo NO2 dostane do kontaktu s katalyzátorem, katalyzátor vytrhne atom dusíku z molekuly a drží se na něm, čímž uvolní kyslík ve formě O2. Atomy dusíku se vážou s jinými atomy dusíku, které jsou také přilepeny ke katalyzátoru a tvoří N2. Například:
2 NE => N 2 + O 2 nebo 2NE 2 => N 2 + 20 2
oxidační katalyzátor je druhý stupeň katalyzátoru. Redukuje nespálené uhlovodíky a oxid uhelnatý jejich spalováním (oxidací) na platinovém a palladiovém katalyzátoru. Tento katalyzátor napomáhá reakci CO a uhlovodíků se zbývajícím kyslíkem ve výfukových plynech. Například:
2CO + O2 => 2CO2
V katalytických konvertorech se používají dva hlavní typy struktur -- voština a keramické korálky . Většina automobilů dnes používá voštinovou strukturu.
V další části se podíváme na třetí fázi procesu konverze a na to, jak můžete ze svého katalyzátoru vytěžit maximum.
Třetí fází konverze je řídicí systém který monitoruje proud výfukových plynů a používá tyto informace k ovládání systému vstřikování paliva. Před katalyzátorem je namontován kyslíkový senzor, což znamená, že je blíže motoru než konvertor. Tento senzor informuje počítač motoru, kolik kyslíku je ve výfukových plynech. Počítač motoru může zvýšit nebo snížit množství kyslíku ve výfukových plynech úpravou poměru vzduchu a paliva. Toto řídicí schéma umožňuje počítači motoru ujistit se, že motor běží blízko stechiometrickému bodu, a také zajistit, aby bylo ve výfukových plynech dostatek kyslíku, aby oxidační katalyzátor mohl spálit nespálené uhlovodíky a CO.
Katalyzátor odvádí skvělou práci při snižování znečištění, ale stále jej lze podstatně zlepšit. Jedním z jeho největších nedostatků je, že funguje pouze při docela vysoké teplotě. Když auto nastartujete za studena, katalyzátor neudělá téměř nic pro snížení znečištění ve výfuku.
Jedním z jednoduchých řešení tohoto problému je přesunout katalyzátor blíže k motoru. To znamená, že se do měniče dostanou teplejší výfukové plyny a ten se rychleji zahřeje, ale může to také zkrátit životnost měniče tím, že bude vystaven extrémně vysokým teplotám. Většina výrobců automobilů umísťuje měnič pod sedadlo předního spolujezdce, dostatečně daleko od motoru, aby udržely teplotu na úrovni, která mu neublíží.
Předehřívání katalyzátor je dobrý způsob, jak snížit emise. Nejjednodušší způsob předehřátí měniče je použití elektrických odporových ohřívačů. Bohužel, 12voltové elektrické systémy u většiny automobilů neposkytují dostatek energie nebo energie k dostatečně rychlému zahřátí katalyzátoru. Většina lidí by před nastartováním auta nečekala několik minut, než se katalyzátor zahřeje. Hybridní vozy, které mají velké, vysokonapěťové baterie, mohou poskytnout dostatek energie k velmi rychlému zahřátí katalyzátoru.
Katalyzátory v dieselových motorech nefungují tak dobře při snižování NOx. Jedním z důvodů je, že dieselové motory běží chladněji než standardní motory a měniče fungují lépe, když se zahřívají. Někteří z předních ekologických odborníků na automobily přišli s novým systémem, který pomáhá s tímto problémem bojovat. Vstřikují močovinu roztok ve výfukovém potrubí, než se dostane do konvertoru, aby se odpařil a smíchal s výfukem a vytvořil chemickou reakci, která sníží NOx. Močovina, také známá jako karbamid , je organická sloučenina vyrobená z uhlíku, dusíku, kyslíku a vodíku. Nachází se v moči savců a obojživelníků. Močovina reaguje s NOx za vzniku dusíku a vodní páry, čímž se zbavuje více než 90 procent oxidů dusíku ve výfukových plynech [zdroj:Innovations Report].
Krádež katalyzátoruPo celé zemi se SUV a nákladní automobily stávají cílem oportunistů, kteří chtějí vydělat na cenných drahých kovech používaných v katalyzátorech. Standardní katalyzátor obsahuje platinu, palladium a rhodium v hodnotě několika stovek dolarů. Světlá výška nákladních automobilů a SUV umožňuje snadný přístup k měničům, takže vše, co zloděj potřebuje, je přímočará pila a asi 60 sekund. Tento trend má v hledáčku policie v mnoha částech země, kde je tento druh krádeží problémem. Policie varuje řidiče SUV a nákladních vozidel, aby parkovali na rušných, dobře osvětlených místech.
Původně zveřejněno:8. listopadu 2000
