Slovarček

Avtomobilski katalizator

Avtomobilski katalizator je naprava, ki zmanjšuje koncentracijo nekaterih škodljivih sestavin izpušnih plinov. Osnovni princip delovanja katalizatorja je v tem, da omogoča reakcije pri nižjih temperaturah, tako da nastanejo v izpuhu avtomobila čim manj škodljive snovi, kot so vodna para in ogljikov dioksid, namesto dušikovih spojin in ogljikovega monoksida. Katalizator je nameščen v cevi izpuha in začne delovati po nekaj minutah, ko je dovolj segret. Zato je katalizator razmeroma neučinkovit na krajših mestnih vožnjah, ki največ prispevajo k onesnaženju zraka s škodljivimi snovmi. Katalizator se lahko uporablja samo v avtomobilih, ki ne uporabljajo osvinčenega bencina, saj je svinec katalizatorski strup, ki reagira s sestavinami katalizatorja in prepreči njegovo delovanje. Za razumevanje delovanja katalizatorja je treba poznati sestavine plinov, ki nastanejo v različnih tipih motorjev in pri uporabi različnih vrst goriv v različnih reakcijskih razmerah. Avtomobili z motorji z notranjim izgorevanjem dobijo energijo za zagon in delovanje ter delovanje vseh naprav (luči, ogrevanje ali hlajenje, radio idr.) z izgorevanjem goriv, ki so lahko plin (propan, butan), bencin, plinsko olje (diesel), alkohol, rastlinsko olje, mešanice teh goriv ali vodik. Pri zgorevanju teh goriv poteka vrsta reakcij, med katerimi so najbolj zaželene tiste, pri katerih nastajata ogljikov dioksid (CO2) in vodna para. Pri tem se sprosti največ energije, nastala plina pa nista strupena, čeprav ogljikov dioksid negativno vpliva na okolje. Vendar je ogljikov dioksid nujen produkt uporabe ogljikovodikov na goriva organskega izvora. Seveda pa je v izpuhu še vrsta škodljivih snovi, ki nastanejo zaradi nepopolnega zgorevanja goriv ali zaradi reakcij med snovmi v gorivu in zraku. Idealno gorivo je vodik, saj nastane pri izgorevanju vodika v izpuhu avtomobila samo vodna para in le malo dušikovih oksidov, če je temperatura zgorevanja pod 1000oC. Vendar pa ima uporaba vodika nekatere omejitve in je zato ob zaenkrat zadostni količini naftnih derivatov, njegova uporaba še omejena. Največ se uporablja za pogon avtomobilskih motorjev goriva – organske spojine. Reakcije, ki potekajo pri sežigu goriv v avtomobilskem motorju: Izgorevanje plina: Izgorevanje bencina: Izgorevanje plinskega olja: :slika 9: Pri vseh teh reakcijah pa obvezno nastaja še ogljikov (II) oksid (CO), saj je reakcija 2CO2 = 2CO + O2 obojesmerna (reverzibilna) in ravnotežna. Ker je reakcija endotermna, je ravnotežje pri višji temperaturi pomaknjeno v desno, kar pomeni, da pri višji temperaturi nastane več strupenega in nezaželenega ogljikovega monoksida (CO). Ogljikov oksid je zelo strupen plin, ker se veže na kri veliko raje kot kisik (lažje se veže na hemoglobin) zato povzroči v večjih koncentracijah zadušitev, v manjših koncentracijah pa glavobole in slabo počutje. Pri slabem, to je nepopolnem izgorevanju, nastaja več kot 4% ogljikovega monoksida, včasih pa nastajajo tudi saje (ogljik) in različne aromatske spojine, med katerimi so mnoge rakotvorne. Tovrstne reakcije potekajo predvsem pri zagonu in slabem delovanju diesel motorjev. :slika 11: Tudi saje so zelo nevarne za okolje, saj imajo veliko aktivno površino, na katero se vežejo različne strupene snovi, ki nato poškodujejo pljuča, povzročajo alergije in škodljivo vplivajo tudi na živali in rastline. V avtomobilskem motorju pa nastajajo še druge strupene snovi. Najbolj so strupene dušikove spojine. Pri visoki temperaturi reagirata v motorju med seboj tudi kisik in dušik iz zraka: :slika 12: Tudi ta reakcija je ravnotežna. Ker je reakcija endotermna, nastaja pri višji temperaturi več strupenega dušikovega (II) oksida. Ta se naprej oksidira v vrsto dušikovih oksidov, ki so zelo reaktivni ter dražijo in poškodujejo pljuča, v ozračju pa so katalizatorji za številne reakcije, pri katerih nastajajo nove, okolju in zdravju škodljive snovi. Dušikovi oksidi poskrbijo za značilno rumenkasto barvo onesnaženega zraka v velemestih. Ker je temperatura izgorevanja v dieselskih motorjih višja kot v bencinskih, so le ti večji onesnaževalci okolja z dušikovimi spojinami. Nastanek organskih kisikovih spojin v motorjih Pri analizi izpušnih plinov iz bencinskih motorjev so ugotovili, da nastane nekaj sto organskih kisikovih spojin, med katerimi so najbolj pogosti aldehidi in alkoholi, ki nastanejo pri reakcijah, ko izpušni plini zapustijo motor (sinteza iz manjših molekul), veliko pa so tudi posledica dodatkov bencinu. Bencinu namreč dodajajo za stabilizacijo (odpornost) pred predčasnim vžigom hlapov v batih motorja namesto svinčevih spojin razne višje alkohole, kot npr. pentanol. :slika 13:
Število protonov:0
Število nevtronov:0