به زبان علمی یا فنی، کاتالیزور یک ماده شیمیایی است که در یک واکنش شیمیایی استفاده می شود تا واکنش سریعتر انجام شود بدون اینکه خود در کل فرآیند تغییر کند. به همین شکل وظیفه مبدل کاتالیستی سرعت بخشیدن به حذف آلودگی است.
گازهایی که باعث آلودگی می شوند از مولکول های مضری که خود متشکل از اتم های نسبتا بی ضرر هستند ساخته شده اند. بنابراین، اگر زمانی که مولکول‌ها از موتور خودرو خارج می‌شوند و قبل از پمپاژ آن‌ها به اتمسفر، فرآیندی برای تفکیک وجود داشته باشد، قطعا می‌توانیم مشکل آلودگی را حل کنیم یا آن را کاهش دهیم. این کار اصلی یک مبدل کاتالیستی است.
مشخصات مبدل کاتالیستی
مبدل کاتالیستی در اصل یک باکس فلزی است که در زیر ماشین پیچ می شود و دو لوله از آن خارج می شود. یکی از آن ها ورودی مبدل است که به موتور متصل می شود و از سیلندر موتور بخارهای داغ و آلوده را به منظور تولید نیرو وارد می کند. لوله دیگری که می توان آن را خروجی مبدل نامید به لوله اگزوز متصل می شود، برای دمیدن دودهای موتور استفاده می شود و گازهای آلاینده را تفکیک و آن ها را به گازهای ایمن و بی ضرر تبدیل می کند که می تواند به بیرون آزاد شود.
بسیار مهم است که بدانید مبدل های کاتالیستی آنهایی هستند که شما را ملزم به استفاده از سوخت بدون سرب می کنند زیرا سرب یک سوخت معمولی است که باید به عنوان سمی نامیده شوند که کاتالیزور از جذب این آلاینده موجود در گازهای خروجی جلوگیری می کند.
در داخل مبدل چه اتفاقی می افتد؟
در مبدل گازهای مختلفی وجود دارد که از طریق یک ساختار لانه زنبوری متراکم که از سرامیک ساخته شده و با کاتالیزورها پوشانده شده است، جریان می یابد. این ساختار به گازها اجازه می دهد تا به طور همزمان مساحت بسیار بزرگ تری از کاتالیزورها را لمس کنند و به کمک آن با سرعت و راندمان بالا تبدیل شوند. دو نوع مختلف کاتالیزور در داخل مبدل کاتالیستی وجود دارد.
- یکی از کاتالیزورها با آلودگی ناشی از اکسید نیتروژن با کمک یک فرآیند شیمیایی حذف اکسیژن که به عنوان کاهش نیز شناخته می شود، سروکار دارد. این فرآیند اکسیدهای نیتروژن را به گازهای نیتروژن و اکسیژن تجزیه می کند تا آن را بی ضرر کند، همانطور که در هوا وجود دارند.
- کاتالیزور دوم با یک فرآیند شیمیایی مخالف کار می کند که شامل افزودن اکسیژن می شود و به آن اکسایش گفته می شود. این فرایند مونوکسید کربن را به دی اکسید کربن تبدیل می کند. واکنش اکسایش در خود اگزوز به یک هیدروکربن نسوخته تبدیل می شود.
سه نوع واکنش شیمیایی مختلف وجود دارد که به طور همزمان انجام می شود. به همین دلیل است که آن ها را مبدل های کاتالیزوری سه طرفه می نامند. هنگامی که کار کاتالیزور انجام شد، گازهایی مانند نیتروژن، اکسیژن، دی اکسید کربن و آب را به شکل بخار منتشر می کند.
طرز کار مبدل کاتالیستی
درگذشته که مبدل‌های کاتالیستی وجود نداشت، گازهای زائد که توسط موتور خودروها تولید می‌شد مستقیما به لوله اگزوز دمیده شده و سپس در اتمسفر رها می‌شدند. مبدل کاتالیستی در داخل موتور و لوله اگزوز نصب می شود اما مانند یک فیلتر معمولی کار نمی کند، بلکه ترکیب شیمیایی گازهای خروجی را با چینش مجدد اتم هایی که از آن تشکیل شده اند تغییر می دهد:
- مولکول های گازهای مضر از موتور پمپ می شوند
- کاتالیستی برای تقسیم مولکول ها به اتم استفاده می شود
- این اتم ها مجددا به مولکول های مواد بی‌ضرر مانند دی‌اکسید کربن، نیتروژن و آب تبدیل شده و به صورت بی خطر از اگزوز خارج می‌شوند.
مبدل های کاتالیزوری چقدر موثر هستند؟
هدف اصلی از طراحی مبدل کاتالیستی کاهش اثر فوری آلودگی هوا در جایی که خودرو در حال حرکت است بود. مشکلی که با آن روبرو هستیم این است که دمایی که در آن به طور موثر کار می کند بیش از 300 درجه سانتیگراد است که به نظر می رسد زمانی اتفاق می افتد که موتور فرصت گرم شدن را فراهم کند. در گذشته، مبدل های کاتالیستی معمولا حدود 10 تا 15 دقیقه طول می کشید تا گرم شوند، به طوری که در چند کیلومتر اول سفر بی اثر بودند. در حالی که مبدل های مدرن به سرعت در حدود 2 تا 3 دقیقه گرم می شوند، که البته در این مدت هم گازهای گلخانه ای قابل توجهی منتشر می شود.
یکی دیگر از مسائلی که مطرح می شود این است که انتشارات سمی اثر گازهای گلخانه ای را افزایش می دهد. بیشتر ما دی اکسید کربن را به عنوان یک گاز بی خطر می دانیم، در حالی که سمی است، اما نه به طور کامل، زیرا اکنون می دانیم که این گاز به همراه دیگر گازها عامل اصلی گرم شدن کره زمین و تغییرات آب و هوایی است.
اعتقاد بر این است که مبدل های کاتالیستی نیز مسئول تغییرات آب و هوایی هستند زیرا مونوکسید کربن را به دی اکسید کربن تبدیل می کنند. بنابراین مبدل کاتالیزوری هیچ تفاوتی ایجاد نمی کند، بلکه صرفا مقدار مونوکسید کربنی را که یک خودرو در جو منتشر می کند راکاهش می دهد تا کیفیت هوا را بهبود بخشد.
در مورد بررسی علل تغییرات آب و هوا باید گفت که مهندسان و کارشناسان محیط زیست موارد مختلفی را ذکر کرده اند که بسیار جدی هستند. یک گاز گلخانه ای بیش از 300 برابر قدرتمندتر از دی اکسید کربن است. مشکلی که وجود دارد این است که وسایل نقلیه متعددی در جاده ها در حال حرکت هستند که مقدار زیادی اکسید نیتروژن را وارد جو می کنند که این باعث نگرانی جدی می شود. استفاده از مبدل کاتالیستی به عنوان معیاری برای کنترل آلودگی در صنایع بزرگ، منجر به افزایش قابل توجه انتشار دی اکسید نیتروژن از خودروهای بنزینی می شود.
✔ برای مشاهده مطالب بیشتر در مورد مبدل های کاتالیستی کلیککنید.
