Καταλύτες: πως λειτουργούν - Δείτε το αναλυτικό βίντεο

Καταλύτης είναι η ουσία που με την παρουσία της διευκολύνει μία χημική αντίδραση, χωρίς όμως να λαμβάνει μέρος στην συγκεκριμένη αντίδραση.

Ο καταλύτης σαν εξάρτημα του αυτοκινήτου, έχει διαστάσεις λίγο μεγαλύτερες από ένα σιλανσιέ εξάτμισης και τοποθετείται στο σύστημα εξαγωγής των καυσαερίων (εξάτμιση) και αφαιρεί κατά ένα μεγάλο ποσοστό τις βλαβερές για τον άνθρωπο ουσίες, που υπάρχουν στα καυσαέρια του αυτοκινήτου.

Ο καταλύτης ή καταλυτικός μετατροπέας, αποτελεί βασικό εξάρτημα όλων των αυτοκινήτων από την δεκαετία του ’90. Ο καταλύτης αυτός, επιταχύνει μία χημική αντίδραση κατά την οποία τα επικίνδυνα καυσαέρια που εμπέμπονται από τον κινητήρα, μετατρέπονται σε λιγότερο βλαβερά.

Στο εσωτερικό του καταλύτη υπάρχει ένα πορώδες κεραμικό ή μεταλλικό υλικό, από τους πόρους του οποίου περνούν τα καυσαέρια και ενώνονται με το οξυγόνο. Δηλαδή οξειδώνονται ή απλά καίγονται.

Για να επιτευχθεί γρήγορα και σε σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες η οξείδωση των καυσαερίων, χρειάζεται η παρουσία ορισμένων «ευγενών μετάλλων» (ρόδιο, παλλάδιο και πλατίνα), τα οποία είναι εμποτισμένα στο κεραμικό υπόστρωμα του καταλύτη. Καθώς τα καυσαέρια και το οξυγόνο περνούν από τους πόρους του καταλύτη, έρχονται σε επαφή με τα πολύτιμα αυτά μέταλλα τα οποία διευκολύνουν και προκαλούν τις χημικές αντιδράσεις πλήρους καύσης των καυσαερίων. Λόγω αυτής της καύσης οι τελικές θερμοκρασίες που αναπτύσσονται μέσα στον καταλύτη είναι της τάξεως των 300C – 800C.

Το κέλυφος του καταλυτικού μετατροπέα, είναι όμοιο οε μορφή προς αυτό του αποσιωπητήρα (σιλανσιέ) σε ένα σύστημα εξάτμισης. Αποτελείται από δύο ημι-κελύφη ανοξείδωτου ατσαλιού, τα οποία έχουν συγκολληθεί υπό συνθήκες ελεγχόμενες με  ακρίβεια. Μέσα στον καταλύτη υπάρχει ένα πορώδες κεραμικό υλικό, με πολύ μεγάλη επιφάνεια από την οποία περνάνε τα καυσαέρια και ενώνονται με το οξυγόνο.

Μια βενζινομηχανή παράγει βλαβερά στοιχεία μολύνσεως του περιβάλλοντος, όπως οξείδιο του αζώτου, μονοξείδιο του άνθρακος και υδρογονάνθρακες. Με την βοήθεια ενός καταλυτικού μετατροπέα, αυτά μπορούν να μετατραπούν σε αβλαβείς εκπομπές αζώτου, διοξειδίου του άνθρακος και υδρατμούς.

Τριοδικοί καταλύτες

Οι σύγχρονοι τριοδικοί καταλυτικοί μετατροπείς εμπεριέχουν ένα στοιχείο, αναφερόμενο ως μονόλιθο. Ο μονόλιθος είναι κατασκευασμένος από ένα κεραμικό υλικό, έχει την πολύπλοκη δομή μιας μικρής κυψέλης σαν στοές, που τον διατρέχουν κατά μήκος, προς την διεύθυνση της ροής των αερίων. Ο επενδεδυμένος κεραμικός μονόλιθος υπάρχει σε τμήμα του ανοξείδωτου ατσαλιού. Ο όρος «τριοδικός καταλύτης» σημαίνει ότι ο καταλυτικός μετατροπέας, θα ενεργήσει ώστε τα τρία προαναφερθέντα στοιχεία μολύνσεως του περιβάλλοντος να γίνουν αβλαβή:

• τo CO γίνεται C02
• τo CmHn γίνεται Η20
• το ΝΟΧ γίνεται Ν2

Ενας σωστά ρυθμισμένος κινητήρας, είναι μονόδρομος για την σωστή λειτουργία ενός τριοδικού καταλύτη.

Ο αισθητήρας Λάμδα ο οποίος τοποθετείται στο σύστημα εξατμίσεως μπροστά από τον μετατροπέα, καταγράφει συνεχώς το περιεχόμενο σε οξυγόνο του αερίου της εξάτμισης, έτσι ώστε να κάνει δυνατή την ακριβή ρύθμιση της διαδικασίας της αναλογίας καυσίμου/αέρα. Για την εξασφάλιση της σωστής λειτουργίας ενός καταλυτικού μετατροπέα, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιείται μόνο αμόλυβδη βενζίνη.

Τι είναι ο κεραμικός μονόλιθος;

Ο κεραμικός μονόλιθος είναι το πιο βασικό συστατικό του. Ο κεραμικός μονόλιθος έχει ένα μέσο όρο 60 διαύλων ανά τετραγωνικό εκατοστό. 60 κυψέλες σαν δίαυλοι ανά cm2, οι οποίες διατρέχουν τον μονόλιθο κατά μήκος της ροής του αερίου. Το πάχος των τοιχωμάτων μεταξύ των διαύλων είναι περίπου 0,3 mm. Η επένδυση εφαρμόζεται στο νέο κεραμικό υπόστρωμα σαν φορέας του πολυτίμου μετάλλου. Έχει ως αποτέλεσμα να αυξάνει την ήδη μεγάλη επιφάνεια του σώματος πολλαπλά, παρέχοντας μία τεράστια περιοχή για την καταλυτική επίστρωση.

Ένας διαστελλόμενος τάπητας, χρησιμοποιείται για να εφαρμόσει το κεραμικό υπόστρωμα. Αυτός ο τάπητας κατασκευασμένος από κεραμικές ίνες και ρητίνη, είναι έτσι σχεδιασμένος ώστε να διαστέλλεται σε θερμοκρασία περίπου 300°C, έτσι ώστε να προστατεύει το υπόστρωμα από μηχανική δόνηση, όπως επίσης και να  ενεργεί ως προστατευτική ασπίδα μεταξύ του υποστρώματος και του ανοξείδωτου ατσάλινου κελύφους. Ο καταλύτης δεν είναι σε καμία περίπτωση φίλτρο ώστε να κατακρατεί βλαβερές ουσίες.  Απλά μετατρέπει την σύνθεσή των καυσαερίων από βλαβερά σε μη βλαβερά στο μεγαλύτερο ποσοστό τους (90%).

Οι καταλύτες αποτελούνται όπως αναφέραμε, από ρόδιο, παλλάδιο και πλατίνα. Πρόκειται λοιπόν για ευγενή και ακριβά μέταλλα που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή κοσμημάτων, στην ιατρική, στην φαρμακοβιομηχανία , στην ηλεκτρονική και σε πολλές ακόμη εφαρμογές.

Τι συμβαίνει όταν δεν λειτουργεί ο καταλύτης

Σ’ αυτή την περίπτωση απελευθερώνονται στο περιβάλλον εξαιρετικά επιβλαβή για το περιβάλλον και τον άνθρωπο καυσαέρια – ρύποι, με πολύ αυξημένη ποσοστιαία αναλογία:

• 72% μονοξείδιο του άνθρακα
• 15% υδρογονάνθρακες
• 20% οξείδια του αζώτου

Ποιες είναι οι επιδράσεις ενός απενεργοποιημένου καταλύτη στο αυτοκίνητο;

Τα πιστόνια του κινητήρα εξωθούν τα καυσαέρια στο περιβάλλον μέσω του συστήματος του καταλύτη και της εξάτμισης. Οτιδήποτε παρεμποδίζει τη ροή των καυσαερίων, θα δημιουργήσει αυξημένη πίεση στον κινητήρα και συνεπώς  θα μειώσει την απόδοσή του.

Με την πάροδο του χρόνου, μόρια άνθρακα επικάθονται στους πόρους του καταλύτη, φράζοντάς τον σιγά σιγά. Έτσι ο καταλύτης αφενός χάνει την δυνατότητα να καθαρίζει τα καυσαέρια και αφετέρου παρεμποδίζει την διέλευση τους, με αποτέλεσμα την δυσκολία του κινητήρα να αποδώσει την εργοστασιακή ισχύ του, αυξάνοντας παράλληλα την κατανάλωση καυσίμου. Σε αυτοκίνητα με αισθητήρα Λ, η διαρκής προσπάθεια του κινητήρα να στείλει το σωστό μείγμα καυσίμου – οξυγόνου, οδηγεί σε υπερβολική αύξηση της κατανάλωσης καυσίμου.

Πώς προστατεύουμε τον καταλύτη;

• Δεν σβήνουμε ποτέ τον κινητήρα του αυτοκινήτου όταν αυτό βρίσκεται σε κίνηση.
• Δεν αφήνουμε το ρεζερβουάρ καυσίμου να αδειάσει και να μείνει το αυτοκίνητο από καύσιμα, ούτε οδηγούμε συνεχώς με “λαμπάκι”.
• Δεν γυρίζουμε τη μίζα του κινητήρα για μεγάλα διαστήματα όταν αυτό αρνείται να εκκινήσει.
• Δεν λειτουργούμε ποτέ τον κινητήρα όταν κάποιο καλώδιο των μπουζί είναι αποσυνδεδεμένο, ούτε αποσυνδέουμε κάποιο όταν αυτός λειτουργεί. Σε ενδεχόμενο που έχει πέσει η τάση της μπαταρίας και ο κινητήρας του αυτοκινήτου δεν εκκινεί, ποτέ δεν βάζουμε μπρος με σπρώξιμο ή τσουλώντας σε κατηφόρα. Κάνουμε πάντα εκκίνηση λαμβάνοντας ρεύμα από άλλο αυτοκίνητο ή άλλη πηγή με ρευματοδότες.