Gamtos issaugojimo priemone: Katalizatorius

Nuo 1975 m. JAV ir Japonijoje, šiek tiek vėliau ir Europoje imta rūpintis, kad būtų kuo plačiau naudojami katalizatoriai. Daugumoje šalių katalizatorių privalo turėti kiekvienas naujas lengvasis automobilis. Šiandien katalizatorius tapo nebeatsiejama automobilio dalimi. Tai kas gi yra tas katalizatorius?

Lengvojo automobilio vidaus degimo variklis, kurio darbinis tūris 1500 cm³, per valandą išskiria apie 150 kubinių metrų deginių. Šie deginiai daro didelę ekologinę žalą aplinkai, tuo pačiu ir žmogaus sveikatai. Todėl mokslininkai metė dideles pastangas, kad išmetamųjų dujų poveikis aplinkai būtų kuo mažesnis. Taip giimė įrenginys, mums žinomas kaip katalizinis konverteris arba tiesiog katalizatorius.

Išmetamųjų dujų sudėtis
Kad būtų aiškiau suprasti katalizatoriaus veikimą, panagrinėkime, kokie junginiai sudaro automobilio išmetamąsias dujas?

Pirmiausia, norint pasiekti kuo mažesnį išmetamųjų dujų toksiškumą, turi būti tiksliai apskaičiuotas kuro mišinio komponentų santykis, reikalingas degimo reakcijai išgauti. Benzininiam varikliui teorinis oro-benzino santykis yra 14.7 : 1, tai reiškia, norint sudeginti 1 kg benzino, turi būti patiekta 14.7 kg oro. Realus santykis truputį skiriasi nuo teorinio, priklausomai nuo daug faktorių, pradedant variklio kuro sistemos sureguliavimu, baigiant vairavimo ypatumais. Oro-benzino mišinys, saantykiu 14.7 : 1 va­di­namas idealiu mišiniu. Kai šis santykis didesnis, mišinys vadinamas liesu mišiniu, o kai mažesnis – riebiu.

Pagrindiniai išmetamųjų dujų komponentai yra šie:
Azotas (N2). Oro sudėtyje yra 78% azoto dujų. Didesnė jų dalis tiesiog prateka pro variklį, chemiškai nereaguodama.
Anglies dioksidas (CO2). Ne

etoksiškas degimo produktas, tačiau neigiamai veikia atmosferą (sukelia “šiltnamio efektą”)
Vandens garai (H2O). Ekologiškai nekenksmingas degimo produktas. Dalis garų gali patekti su tiekiamu oru.
Anglies monoksidas (CO). Nuodingas, bespalvis ir bekvapis degimo produktas.
Angliavandeniliai (CH). Nepastovūs organiniai junginiai, kurie yra nekokybiškai sudegusio kuro rezultatas. Atmosferoje, veikiami saulės angliavandeniliai reaguoja su azoto oksidais, sudarydami pagrindinį smogo komponentą – ozoną (O3).
Azoto oksidai (NOx). Smogo ir rūgščių lietų komponentai. Erzina kvėpavimo takų gleivinę.
Pirmieji trys – nepavojingi arba nedidelę žalą sukeliantys komponentai. Paskutiniai – itin pavojingi žmogui ir aplinkai. Katalizatoriaus paskirtis – skaidyti šiuos komponentus į mažiau kenkiančius aplinkai.

Cheminiai procesai katalizatoriuje
Kaip jau minėta, 1500 cm³ darbinio tūrio variklis per valandą išskiria apie 150 kubinių metrų deginių. Kad per tą patį laiką katalizatorius galėtų perdirbti tokį kiekį dujų, jo darbinio paaviršiaus plotas turėtų prilygti futbolo aikštei. Todėl katalizatorių darbinė dalis yra smulkiai akyta, korio pavidalo – taip į mažą tūrį sutalpinama didelį paviršiaus plotą turinti aktyvioji medžiaga

Akyta korio pavidalo darbinė dalis Dauguma modernių automobilių aprūpinti trijų dalių katalizatoriais. Kiekviena iš šių dalių redukuoja po vieną išmetamųjų dujų komponentą: anglies monoksidą, angliavandenilius ir azoto oksidus. Katalizatoriai būna dviejų rūšių: redukciniai ir oksidaciniai. Abiejų rūšių aktyvioji medžiaga yra keraminė, padengta kelių atomų storio katalizinių savybių turinčio metalo (platinos, rodžio ar paladžio) sluoksniu.

Redukcinė katalizė. Tai pi

irmoji katalizavimo stadija. Aktyvios medžiagos – platina ir rodis. Redukuojami azoto oksidai. Kai NO arba NO2 molekulė kontaktuoja su aktyviąja medžiaga, ji atskiria ir sulaiko azoto atomą, išlaisvindama deguonį. Azoto atomai tarpusavyje reaguoja, jungdamiesi į azoto molekulę:

2NO → N2 + O2

2NO2 → N2 + 2O2
Oksidacinė katalizė. Tai antroji katalizavimo stadija. Jos metu nesudegę angliavandeniliai ir anglies monoksidas oksiduojami platinos ir paladžio pagalba, pvz:

2CO + O2 → 2CO2
Proceso kontrolė
Šiuolaikiniuose katalizatoriuose veikia cheminė kontrolės sistema. Katalizatoriaus korpuse montuojamas taip vadinamas lambda zondas, kuris matuoja deguonies kiekį išmetamosiose dujose. Duomenys iš zondo siunčiami į elektroninį variklio valdymo bloką (ECU). Pagal gautus duomenis valdymo blokas reguliuoja degiojo mišinio kuro-oro santykį, taip užtikrindamas geresnį kuro sudegimą ir oksidavimui reikalingo deguonies tiekimą katalizatoriui.

Katalizatoriaus montavimo vieta

Katalizatorius atlieka didelį vaidmenį išmetamųjų dujų perdirbimo procese, tačiau reikia žinoti, kad cheminiai procesai gali veikti tik esant tam tikrai temperatūrai. Per žema temperatūra katalizatorių paverčia nereikalingu brangiu balastu, o per aukšta – gali gerokai sutrumpinti katalizatoriaus tarnavimo laiką. Todėl svarbu tinkamai parinkti katalizatoriaus montavimo vietą. Katalizatorius montuojamas arti variklio, paprastai ties vairuotojo sėdyne. Ši vieta užtikrina pakankamą išmetamųjų dujų temperatūrą ir apsaugo nuo perkaitimo.

Esant šaltam varikliui, katalizatorius nepradeda dirbti iš karto. Turi praeiti laiko, kol išmetimo sistema pakankamai įkaista. Inžinieriai kuria elektrinius katalizatorių kaitinimo elementus, tačiau nuo 12 V baterijos ma

aitinami elementai kaista kelias minutes, kol katalizatorius pasiekia darbinę temperatūrą. Perspektyvinius aukštavolčius kaitintuvus turi tik konceptiniai ateities hibridiniai modeliai.

Teigiami ir neigiami aspektai

Pats teigiamiausias dalykas yra tai, del ko katalizatorius sukurtas – kenksmingų dujų kiekio mažinimas, tuo pačiu aplinkos ir žmogaus sveikatos apsauga. Kitas teigiamas dalykas – katalizatoriui nereikia jokio techninio aptarnavimo. Jis gerai atlieka savo darbą, kol automobilis nuvažiuoja apie 100 tūkst. km. Vėliau katalizatorius keičiamas.

Pagrindinis minusas – kaina. Katalizatoriui pagaminti reikia itin brangių ir retų metalų, tokių kaip platina, paladis, rodis, todėl katalizatorių kaina skaičiuojama tūkstančiais litų. Dar vienas neigiamas dalykas – galios sumažėjimas. Taip yra todėl, kad deginiai, eidami per katalizatorių, turi įveikti tam tikrą pasipriešinimą, dėl to šiek tiek mažiau variklio galios atitenka ratams. Degalų sąnaudos padidėja 3-5 procentais. Ir paskutinis dalykas yra tas, kad automobiliams su katalizatoriais tinka tik bešvinis kuras. Švino priedai katalizatoriuje iššaukia nepageidautinas reakcijas, kurių padariniai užkemša ir nepataisomai sugadina katalizatorių.

Leave a Comment