Καταλυτικος Μετατροπεας

Ο ρόλος και η λειτουργία του καταλύτη

Από το 1993, οι καταλυτικοί μετατροπείς είναι υποχρεωτικοί σε όλα τα καινούργια αυτοκίνητα. Ωστόσο, από το 1974, η General Motors είχε ήδη εφεύρει αυτό το σύστημα απορρύπανσης. Ο καταλύτης επιτρέπει τη μετατροπή των ακαύστων υπολειμμάτων σε οξυγόνο και διοξείδιο του άνθρακα, δύο αβλαβή αέρια. Ωστόσο, εκείνη την εποχή, το μόλυβδος της βενζίνης προκαλούσε εναπόθεση στις κυψέλες του καταλύτη, με αποτέλεσμα να σταματά γρήγορα να λειτουργεί.

Σκοπός η βελτίωση της καύσης

Η ευρεία χρήση του καταλυτικού μετατροπέα έγινε δυνατή μόνο με την αντικατάσταση της βενζίνης με μόλυβδο από την αμόλυβδη βενζίνη. Ο καταλύτης πήρε το όνομά του από τη διαδικασία της καταλυτικής δράσης, η οποία προάγει ή επιταχύνει μια χημική αντίδραση. Οι κινητήρες προορίζονται να καίνε τη βενζίνη για να την μετατρέπουν σε διοξείδιο του άνθρακα, άζωτο και υδρατμούς. Ωστόσο, η καύση δεν είναι πάντα τέλεια, και τα καυσαέρια περιέχουν επίσης τοξικές ενώσεις όπως το μονοξείδιο του άνθρακα, άκαυτους υδρογονάνθρακες και οξείδια του αζώτου. Για να εξαλειφθούν αυτές οι ενώσεις, ο καταλυτικός μετατροπέας προκαλεί την οξείδωση ή τη μείωσή τους με το οξυγόνο που παραμένει στα καυσαέρια.

Χιλιάδες τετραγωνικά μέτρα σε λίγα εκατοστά!

Ο καταλύτης είναι ένα κεραμικό υπόστρωμα (ανθεκτικό σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες), με χωρητικότητα ενός έως δύο λίτρων. Η δομή του, που θυμίζει “κερήθρα”, αποτελείται από μικρά κανάλια τετράγωνης διατομής, μέσα στα οποία υπάρχουν μικροσκοπικά σωματίδια πολύτιμων μετάλλων (ρόδιο, πλατίνα και παλλάδιο). Ο καταλύτης, ανασυνδυάζοντας τα μόρια αζώτου, άνθρακα και οξυγόνου, εξαλείφει σχεδόν εξ ολοκλήρου τα τοξικά αέρια. Σε κανονική λειτουργία, παραμένει λιγότερο από 1% αυτών των αερίων.

Τεχνικές δυσκολίες

Πρώτον, η ταυτόχρονη μετατροπή των τριών αερίων (μονοξείδιο του άνθρακα, ατελώς καύσιμα υδρογονάνθρακες, και οξείδια του αζώτου) γίνεται αποτελεσματικά μόνο σε ένα στενό εύρος αναλογίας αέρα/καυσίμου 14,7. Για να διατηρηθεί αυτή η τιμή, οι κατασκευαστές έχουν προσθέσει έναν αισθητήρα λάμδα, ο οποίος μετρά συνεχώς το ποσοστό οξυγόνου στην έξοδο του κινητήρα. Ο αισθητήρας αυτός μεταδίδει τις πληροφορίες σε έναν υπολογιστή, ο οποίος προσαρμόζει στη συνέχεια την έγχυση καυσίμου στον κινητήρα.

Δεύτερο πρόβλημα: ο καταλύτης πρέπει να ανταποκρίνεται στις ξαφνικές αλλαγές στη σύνθεση των αερίων. Γι’ αυτό, προστέθηκε οξείδιο του καιρίου στο υπόστρωμα αλουμινίου. Αυτή η ένωση αποθηκεύει οξυγόνο όταν τα καυσαέρια περιέχουν πολύ και το απελευθερώνει όταν είναι σπάνιο. Έτσι, το ποσοστό οξυγόνου παραμένει περίπου σταθερό.

Τρίτο πρόβλημα, που δεν έχει λυθεί μέχρι σήμερα: η καταλυτική διαδικασία είναι αποτελεσματική μόνο από τους 400°C και πάνω. Δηλαδή, χρειάζονται μερικά λεπτά (περίπου 10 χλμ. διαδρομής) πριν ο καταλύτης αρχίσει πραγματικά να λειτουργεί. Ωστόσο, κατά την εκκίνηση, οι εκπομπές τοξικών αερίων είναι οι πιο σημαντικές. Για σύντομες διαδρομές, επομένως, ο καταλύτης δεν είναι καθόλου αποτελεσματικός, καθώς ο κινητήρας δεν προλαβαίνει να φτάσει στην απαραίτητη θερμοκρασία. Υπάρχουν συσκευές που θερμαίνουν τεχνητά τον αισθητήρα λάμδα, αλλά οι επιδόσεις δεν είναι ακόμα ικανοποιητικές.

Τέταρτο πρόβλημα: το θείο, το οποίο υπάρχει σε μικρές ποσότητες στη βενζίνη, αποτελεί ένα δηλητήριο που περιορίζει τη διάρκεια ζωής του καταλύτη. Κατακάθεται στα μεταλλικά σωματίδια, τα οποία φράζουν. Για τον ίδιο λόγο, οι καταλύτες των πετρελαιοκίνητων οχημάτων έχουν μεγαλύτερες κυψέλες για να αποφεύγεται το φράξιμο από τα σωματίδια αιθάλης που προέρχονται από την καύση του καυσίμου.

Πέμπτο πρόβλημα: ο καταλύτης είναι εξαιρετικά εύθραυστος: μια κακή ρύθμιση της καύσης μπορεί να τον καταστρέψει σοβαρά, αφήνοντας ατελώς καύσιμα να διαφύγουν και να αναφλεγούν, καταστρέφοντας τα καταλυτικά μέταλλα. Ακόμα και υπό κανονικές συνθήκες λειτουργίας, η διάρκεια ζωής του δεν υπερβαίνει τα 160.000 χλμ. Πρέπει, λοιπόν, να αντικαθίσταται σε ένα αρκετά παλιό αυτοκίνητο.

Τέλος, ο καταλύτης δεν μειώνει καθόλου τις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα (μη τοξικό, αλλά υπεύθυνο για το φαινόμενο του θερμοκηπίου) και τείνει να αυξάνει την κατανάλωση καυσίμου.

Εν ολίγοις, αν και ο καταλύτης έχει μειώσει αναμφισβήτητα τη ρύπανση από τα αυτοκίνητα, δεν έχει καταστήσει το αυτοκίνητο “καθαρό”.