Come funziona un catalizzatore automobilistico?

Durante il funzionamento del motore a combustione interna, i gas di scarico vengono emessi nell'atmosfera, che non sono solo una delle principali cause dell'inquinamento atmosferico, ma anche una delle cause di molte malattie.

Questi gas, che provengono dai sistemi di scarico dei veicoli, sono costituiti da elementi estremamente dannosi, motivo per cui le auto moderne sono dotate di uno speciale sistema di scarico, in cui è necessariamente presente un catalizzatore.

Il catalizzatore distrugge le molecole nocive dei gas di scarico e le rende il più sicure possibile per le persone e l'ambiente.

Che cos'è un catalizzatore?

Il catalizzatore è un tipo di dispositivo il cui compito principale è ridurre le emissioni nocive dei gas di scarico dei motori automobilistici. Il dispositivo catalizzatore è semplice. Questo è un serbatoio metallico che viene installato nel sistema di scarico di un'auto.

Ci sono due tubi nel serbatoio. L '"input" del convertitore è collegato al motore e i gas di scarico lo attraversano e l' "output" è collegato al risonatore del sistema di scarico dell'auto.

Quando lo scarico del motore entra nel catalizzatore, si verificano reazioni chimiche in esso. Distruggono i gas nocivi e li trasformano in gas sicuri che possono essere rilasciati nell'ambiente.

In quali elementi è composto il catalizzatore?

Per rendere un po 'più chiaro il funzionamento di un catalizzatore automobilistico, consideriamo quali sono i suoi elementi principali. Senza entrare nei dettagli, elenchiamo solo gli elementi principali di cui è costruito.

Substrato

Il substrato è la struttura interna del catalizzatore su cui sono rivestiti il ​​catalizzatore e i metalli preziosi. Esistono diversi tipi di substrati. La loro principale differenza è il materiale con cui è realizzato. Molto spesso è una sostanza inerte che stabilizza le particelle attive sulla sua superficie.

Покрытие

Il materiale del catalizzatore attivo è solitamente costituito da allumina e composti come cerio, zirconio, nichel, bario, lantanio e altri. Lo scopo del rivestimento è quello di espandere la superficie fisica del substrato e fungere da base su cui depositare i metalli preziosi.

Metalli preziosi

I metalli preziosi presenti nel catalizzatore servono a svolgere una reazione catalitica estremamente importante. I metalli preziosi comunemente usati sono platino, palladio e rodio, ma negli ultimi anni un gran numero di produttori ha iniziato a utilizzare l'oro.

alloggiamento

L'alloggiamento è il guscio esterno del dispositivo e contiene il substrato e altri elementi del catalizzatore. Il materiale con cui viene solitamente realizzata la cassa è l'acciaio inossidabile.

tubi

I tubi collegano il catalizzatore del veicolo al sistema di scarico e al motore del veicolo. Sono realizzati in acciaio inossidabile.

Come funziona un catalizzatore automobilistico?

Per il funzionamento del motore a combustione interna, è importante che nei suoi cilindri avvenga un processo di combustione stabile della miscela aria-carburante. Durante questo processo, si formano gas nocivi, come monossido di carbonio, ossidi di azoto, idrocarburi e altri.

Se l'auto non ha un catalizzatore, tutti questi gas estremamente dannosi, dopo essere stati rilasciati nel collettore di scarico dal motore, passeranno attraverso il sistema di scarico e entreranno direttamente nell'aria che respiriamo.

Se il veicolo ha un catalizzatore, i gas di scarico passeranno dal motore alla marmitta attraverso il nido d'ape del substrato e reagiranno con metalli preziosi. Come risultato di una reazione chimica, le sostanze nocive vengono neutralizzate e solo uno scarico innocuo, costituito principalmente da anidride carbonica, entra nell'ambiente dal sistema di scarico.

Sappiamo dalle lezioni di chimica che un catalizzatore è una sostanza che provoca o accelera una reazione chimica senza influenzarla. I catalizzatori partecipano alle reazioni ma non sono né reagenti né prodotti di una reazione catalitica.

Ci sono due fasi attraverso le quali passano i gas nocivi nel catalizzatore: riduzione e ossidazione. Come funziona?

Quando la temperatura operativa del catalizzatore raggiunge da 500 a 1200 gradi Fahrenheit o 250-300 gradi Celsius, accadono due cose: la riduzione e subito dopo la reazione di ossidazione. Sembra un po 'complicato, ma in realtà significa che le molecole di una sostanza perdono e ricevono simultaneamente elettroni, motivo per cui la loro struttura cambia.

La riduzione (assorbimento di ossigeno) che si verifica nel catalizzatore ha lo scopo di convertire l'ossido nitrico in un gas ecologico.

Come funziona il catalizzatore automobilistico nella fase di recupero?

Quando l'ossido nitroso del gas di scarico dell'auto entra nel catalizzatore, il platino e il rodio in esso iniziano ad agire sulla decomposizione delle molecole di ossido nitrico, trasformando il gas nocivo in completamente innocuo.

Cosa succede nella fase di ossidazione?

Il secondo stadio, che si svolge nel catalizzatore, è chiamato reazione di ossidazione in cui gli idrocarburi incombusti vengono convertiti in anidride carbonica e acqua mescolandosi con l'ossigeno (ossidazione).

Le reazioni che si verificano nel catalizzatore cambiano la composizione chimica dei gas di scarico, cambiando la struttura dell'atomo di cui sono composti. Quando le molecole di gas nocivi passano dal motore al catalizzatore, le separa in atomi. Gli atomi, a loro volta, si ricombinano in molecole in sostanze relativamente innocue come l'anidride carbonica, l'azoto e l'acqua e vengono rilasciati nell'ambiente attraverso un sistema di scarico.

I principali tipi di convertitori catalitici utilizzati nei motori a benzina sono due: due e tre vie.

A doppia faccia

Il catalizzatore a doppia parete (doppia faccia) svolge contemporaneamente due compiti: ossida il monossido di carbonio in anidride carbonica e ossida gli idrocarburi (combustibile incombusto o parzialmente bruciato) in anidride carbonica e acqua.

Questo tipo di catalizzatore automobilistico è stato utilizzato nei motori diesel e benzina per ridurre le emissioni nocive di idrocarburi e monossido di carbonio fino al 1981, ma poiché non è stato in grado di convertire gli ossidi di azoto, dopo 81 anni è stato sostituito con catalizzatori a tre vie.

Catalizzatore redox a tre vie

Questo tipo di catalizzatore automobilistico, come si è scoperto, è stato introdotto nel 1981 e oggi è installato su tutte le auto moderne. Il catalizzatore a tre vie esegue tre attività contemporaneamente:

• ripristina l'ossido nitrico in azoto e ossigeno;
• ossida il monossido di carbonio in anidride carbonica;
• ossida gli idrocarburi incombusti in anidride carbonica e acqua.

Poiché questo tipo di convertitore catalitico esegue sia la fase di riduzione che quella di ossidazione della catalisi, svolge il suo compito con un'efficienza fino al 98%. Ciò significa che se la tua auto è dotata di un tale convertitore catalitico, non inquinerà l'ambiente con emissioni nocive.

Tipi di catalizzatori nei motori diesel

Per i veicoli diesel, fino a poco tempo fa, uno dei convertitori catalitici più comunemente usati era il catalizzatore di ossidazione diesel (DOC). Questo catalizzatore utilizza ossigeno nel flusso di scarico per convertire il monossido di carbonio in anidride carbonica e gli idrocarburi in acqua e anidride carbonica. Sfortunatamente, questo tipo di catalizzatore è efficace solo al 90% e riesce a eliminare l'odore del diesel e a ridurre le particelle visibili, ma non è efficace nel ridurre le emissioni di NO x.

I motori diesel emettono gas che contengono un livello relativamente alto di particolato (fuliggine), che consiste principalmente di carbonio elementare, che i catalizzatori DOC non sono in grado di gestire, quindi le particelle devono essere rimosse usando i cosiddetti filtri antiparticolato (DPF).

Come vengono riparati i catalizzatori?

Per evitare problemi con il catalizzatore, è importante sapere che:

• La vita media del catalizzatore è di circa 160000 km. Avendo percorso questa distanza, devi pensare a sostituire il convertitore.
• Se il veicolo è dotato di catalizzatore, non utilizzare carburante con piombo, in quanto riduce l'efficacia del catalizzatore. L'unico carburante adatto in questo caso è senza piombo.

Indubbiamente, i benefici ambientali e per la salute di questi dispositivi sono enormi, ma oltre ai loro vantaggi, hanno anche i loro svantaggi.

Uno dei maggiori svantaggi è che funzionano solo a temperature elevate. In altre parole, quando si avvia l'auto, il catalizzatore non fa quasi nulla per ridurre le emissioni di scarico.

Inizia a funzionare in modo efficiente solo dopo che i gas di scarico sono stati riscaldati a 250-300 gradi Celsius. Questo è il motivo per cui alcune case automobilistiche hanno preso provvedimenti per risolvere questo problema avvicinando il catalizzatore al motore, il che, da un lato, migliora le prestazioni del dispositivo, ma ne riduce la durata, poiché la sua vicinanza al motore lo espone a temperature molto elevate.

Negli ultimi anni, è stato deciso di posizionare il catalizzatore sotto il sedile del passeggero a una distanza che gli consentisse di lavorare in modo più efficiente senza essere esposto alle alte temperature del motore.

Altri svantaggi dei catalizzatori sono il frequente intasamento e la combustione della torta. Il burnout di solito si verifica a causa del carburante incombusto che entra nel sistema di scarico che si accende nell'alimentazione del convertitore catalitico. Nella maggior parte dei casi gli intasamenti sono dovuti a benzina scadente o non idonea, normale usura, stile di guida, ecc.

Questi sono piccoli difetti tra gli enormi vantaggi che otteniamo dall'uso dei catalizzatori per autoveicoli. Grazie a questi dispositivi, le emissioni nocive delle automobili sono limitate.

Alcuni critici sostengono che anche l'anidride carbonica è un'emissione nociva. Credono che un catalizzatore non sia necessario in un'auto, perché tali emissioni aumentano l'effetto serra. Infatti, se un'auto non ha il catalizzatore ed emette monossido di carbonio nell'aria, questo ossido si trasformerà esso stesso in anidride carbonica nell'atmosfera.

Chi ha inventato il catalizzatore?

Sebbene i catalizzatori non apparissero in modo massiccio fino alla fine degli anni '1970, la loro storia iniziò molto prima.

Il padre del catalizzatore è considerato l'ingegnere chimico francese Eugene Goudry, che nel 1954 brevettò la sua invenzione con il nome di "Exhaust Catalytic Converter".

Prima di questa invenzione, Goodry ha inventato il cracking catalitico in cui i grandi composti chimici organici sono separati in prodotti innocui. Quindi ha sperimentato diversi tipi di carburante, il suo obiettivo era quello di renderlo più pulito.

L'utilizzo effettivo dei catalizzatori nelle automobili avvenne a metà degli anni '1970, quando furono introdotte norme più severe in materia di controllo delle emissioni che richiedevano la rimozione di piombo dallo scarico a causa della benzina di bassa qualità.

Domande e risposte:

Come verificare la presenza di un catalizzatore su un'auto? Per fare questo, guarda sotto l'auto. Oltre al silenziatore principale e al silenziatore piccolo (il risonatore che si trova nella parte anteriore del sistema di scarico), il catalizzatore è un'altra lampadina.

Dov'è il catalizzatore in macchina? Poiché il catalizzatore deve funzionare in condizioni di alta temperatura, si trova il più vicino possibile al collettore di scarico. È davanti al risonatore.

Cos'è un catalizzatore in un'auto? Questo è un convertitore catalitico: una lampadina aggiuntiva nel sistema di scarico. È riempito con materiale ceramico, il cui nido d'ape è ricoperto di metallo prezioso.