کاتالیست چیست؟ و چه کاربردی در خودرو دارد؟

کاتالیست چیست؟

کاتالیست ماده ای است كه سرعت واكنش هاي شيميايي را از طریق کاهش انرژی فعال سازی، افزايش میدهد بدون اينكه خود در آنها شركت كند. یکی از موارد استفاده کاتالیستها، مبدلهای کاتالیستی می باشد.

مبدلهای کاتالیستی از دهۀ ۷۰ میلادی با هدف کاهش آلودگی هوا، بر سر راه خروجی موتورهای بنزینی نصب شده اند. جدیدترین و مرسوم ترین نوع آنها، مبدلهای سه راهه هستند که اولین نوع آنها سال ۱۹۷۶ در آمریکا برای موتورهای بنزینی اجباری شد. در ایران نیز از سال ۱۳۸۳ نصب کاتالیست روی خودروهای سواری و وانت تولیدی اجباری شده است.

همانگونه که در شکل زیر نشان داده شده است علت انتخاب نام سه راهه برای این مبدلها آن است که برای کاهش همزمان سه نوع گاز سمی و آلایندۀ هوا شامل: مونوکسیدکربن(CO) ، هیدروکربنهای حاصل از احتراق ناقص (HC) و اکسید نیتروژن (NOX) و تبدیل آنها به گازهای غیرسمی ، بخار آب(H2O)، نیتروژن (N2) و دی اکسید کربن (CO2) مورداستفاده قرار می گیرند.

کاتالیست های سه منظوره زمانی حداکثر تبدیل هر سه آلاینده را خواهند داشت که در جریان گازهای خروجی از موتور، نسبت CO به NOX در محدودۀ استوکیومتری باشد. نمودار زیر نشان دهندۀ محدودۀ استوکیومتری می باشد:

✅گازهای آلایندۀ خروجی از موتور

اصولاً گازهای خروجی از اگزوز شامل: پارافین ها، اولفینها، ترکیبات آروماتیک (که هرسه به عنوان هیدروکربن های نسوخته شناخته می شوند)، بخار آب، منو اکسید کربن، اکسیدهای نیتروژن، اکسیدهای گوگرد، نیتروژن، اکسیژن و دی اکسید کربن میباشد که از میان آنها سه آلاینده اصلی زیانبار و خطرناک : منواکسید کربن، اکسیدهای نیتروژن و هیدرو کربن های نسوخته هستند.

به طور مثال: منو اکسید کربن که گازی است بیرنگ و بی بو، با میل ترکیـبی زیاد که از احتراق ناقـص سوخت های فسیـلی به وجود می آید میتواند تا ۲۵۰ بار سریعتر از اکسیژن با هموگلوبین خون ترکیب شود که اثرات آن از سردرد تا مرگ می باشد. از دیگر زیانهای گازهای خروجی از اگزوز میتوان به تولد نوزادهای ناقص یا انواع سرطانهای ریه و… اشاره کرد.

✅واکنشهای اکسایش و کاهش

با توجه به آلایندههای موجود در گازهای خروجی از موتور، هدف تبدیل گازها از طریق واکنش اکسایش و کاهش در کاتالیستها به مواد کم ضرر و یا به طور عمده بی ضرر برای محیط زیست و موجودات زنده می باشد.

✅شرایط موثر بر عملکرد کاتالیست

به دلیل آنکه ECU خودروها با وجود کاتالیست کالیبره می شود، هر گونه تغییر در کاتالیست و یا حذف آن، اگر چه ممکن است در ابتدا موجبات شتاب بیشتر خودرو را فراهم سازد اما در نهایت منجر به کارکرد نامناسب موتور و افزایش مصرف سوخت خواهد گردید.

علاوه بر این از کاربراتور یا انژکتور در موتور انتظار می رود سوخت و هوا را به نسبت درستی مخلوط کند. هرگونه خطا در عملکرد کاربراتور یا انژکتور می تواند به طور مستقیم بر استوکیومتری واکنش در سیلندرها تأثیر گذاشته و در نتیجه سبب افزایش میزان آلاینده ها گردد.

مواد موجود در سوخت نیز می تواند به طور مستقیم بر روی میزان آلاینده ها و عملکرد کاتالیست تأثیر گذار باشد. به عنوان مثال گوگرد موجب مسمومیت پایدار در کاتالیست می گردد، بدین صورت که با واکنش با سطح فعال کاتالیست، مانع ایجاد واکنش تصفیه شده و کاتالیست را از کار می اندازد.

با توجه به استانداردهای اروپا (۹۸/۶۹/EC و ۸/۲۰۰۲/EC) غلظت گوگرد و سرب برای سوخت بنزین مطابق جدول زیر می باشد: