Comparație catalizatori 2 vs. 3 trepte

Faptul că substanţele rezultate din urma procesului de ardere, sau a trecerii din starea lichidă în altă stare de agregare, respectiv gazoasă, nu se află la echilibru electrochimic este cauza pentru care în gazele de evacuare ale motoarelor cu ardere internă se află poluanţi în cantităţi apreciabile. Un echilibru electrochimic real este singurul care practic ar elimina toate substanţele poluante, încărcate din punct de vedere electric, puternic electropozitiv, fapt care le face să reacţioneze cu substanţe din mediul înconjurător care au legăturile valente slabe: verdeaţa, derma umană etc. Însă acest echilibru nu poate fi atins decât la temperaturi înalte, datorită vitezei prea mici a reacţiilor chimice.

În urma cercetărilor, au fost concepute instrumente care să permită realizarea vitezelor mari de transformare chimică chiar la temperaturi scăzute. Au fost denumite catalizatori şi cu ajutorul acestora se obţin valori ale concentraţiilor poluanţilor, apropiate de cele de la echilibrul chimic, valori care satisfac normele de protecţie a mediului. Acţiunea asupra tuturor poluanţilor, respectiv oxidarea completă a oxidului de carbon şi a hidrocarburilor nearse, precum şi reducerea oxizilor de azot, este asigurată doar într-un domeniu foarte îngust şi anume pentru λ = 1…1,03 după cum se poate observa în figura 1. Menţinerea dozajului în acest interval se realizează prin injecţia de combustibil în fiecare cilindru, prin reglarea automată a injecţiei cu ajutorul informaţiilor date de o sondă - numită sonda λ – amplasată înaintea catalizatorului.

Fig.1.

Cu linie întreruptă sunt reprezentate valorile poluanţilor fără amplasarea catalizatorului, iar cu linie continuă sunt valorile aceloraşi poluanţi, însă cu gazele postcombustie trecute prin catalizator. Ca urmare a varierii dozajului se poate acţiona practic fie asupra oxidului de carbon şi hidrocarburilor (în zona dozajelor sărace prin oxidare), fie asupra oxizilor de azot (în zona dozajelor bogate prin reducere). S-au dezvoltat astfel trei principii de utilizare a catalizatorilor :

• Cu o singură treaptă, cu acţiune asupra fie a oxizilor de azot, fie a oxidului de carbon şi a hidrocarburilor nearse;

• Cu două trepte, cu acţiune asupra tuturor poluanţilor;

• Cu trei trepte, cu acţiune asupra tuturor poluanţilor;

Catalizatorul oxidant, ajută la conversia cu rezultate foarte bune a oxidului de carbon şi a hidrocarburilor nearse (fig.2.). Catalizatorul lucrează în exces de aer, introdus fie prin utilizarea unui amestec sărac, fie prin introducerea de aer suplimentar în sistemul de evacuare. Acest tip de catalizator nu necesită reglaje. Un alt tip de catalizator însă reducător, denumit Denox, face posibilă conversia oxizilor de azot în prezenţa aerului. Se găseşte în prezent în fază de cercetare şi oferă un grad de conversie de 50% a componentelor NOx.

Fig.2.

Componenţa catalizatoarelor:

Convertizoarele catalitice sunt alcătuite din mai multe elemente:

- Monolitul sau miezul este un metal preţios; în cazul catalizatoarelor moderne acesta este regăsit sub forma unui fagure ceramic, dar sunt folosiţi de asemenea şsi faguri din oţel inoxidabil; miezul este denumit suport catalitic.

Platina este cel mai activ metal, des utilizat la catalizatoare. Nu este folosită în toate cazurile datorită unor reacţii adiţionale nedorite şi/sau costurilor ridicate.

Paladiul (Pd) şi rodiul (Rd) sunt alte metale preţioase folosite. Platina şi rodiul sunt folosite pe post de catalizator reductor, în timp ce paladiul este folosit pe post de catlizator oxidant.