Počet áut na našich cestách neustále rastie. A tým rastie aj množstvo škodlivých látok, ktoré sú vypúšťané do ovzdušia z motorov áut. Z hľadiska ochrany životného prostredia sú dnes už nevyhnutnou súčasťou auta katalyzátory.
Katalyzátor je konštrukčný prvok výfukového systému vozidla, využívajúci chemickú katalytickú technológiu na premenu plynných škodlivín výfukových plynov na neškodlivé plyny. Stupeň konverzie v katalyzátore závisí od jeho pracovnej teploty. Pracovať začína približne od teploty 250°C. Optimálna pracovná oblasť sa nachádza v intervale 400-800 °C. Pri teplote nad 1000°C sa účinnosť katalyzátora výrazne znižuje a vzniká riziko jeho zničenia.
Moderné autá starostlivo kontrolujú množstvo spaľujúceho sa paliva, za účelom zníženia emisií. Zariadenie na kontrolu tohto množstva vzduchu sa volá lambda sonda, ktorá je umiestnená vo výfukovom systéme vozidla. Snaží sa udržať pomer množstva vzduchu potrebného k spáleniu určitého množstva paliva na stechiometrickej hodnote (λ=1), čo je ideálny pomer paliva a vzduchu. Teoreticky sa v tomto pomere spáli celá zmes paliva so vzduchom, bez tvorby emisií. U benzínových je tento stechiometrický pomer približne 14,7:1, čo znamená, že na spálenie 1 kg paliva je potrebných 14,7 kg vzduchu. Na obrázku je znázornené umiestnenie lambda sondy vo výfukovom potrubí.
V skutočnosti sa zmes paliva a vzduchu líši od ideálneho stechiometrického pomeru aj počas jazdy. Niekedy môže byť zmes chudobná (λ>1), kde objem vzduchu v zmesi je väčší ako pri stechiometrickej zmesi alebo bohatá zmes (λ<1), kde objem vzduchu v zmesi je menší ako pri stechiometrickej zmesi. Na obrázku je znázornená lambda sonda.
Hlavnými zložkami emisií z výfukového potrubia motora sú dusík N2, oxid uhličitý CO2 a vodná para H2O. Tieto emisie sú väčšinou neškodné aj keď sa predpokladá, že CO2 prispieva ku globálnemu otepľovaniu. Vzhľadom k tomu, že proces spaľovania nikdy nie je dokonalý, vznikajú pri ňom aj toxickejšie látka ako napr. oxid uhoľnatý CO (jedovatý plyn bez zápachu), uhľovodíkové zlúčeniny HC (hlavná zložka smogu, ktorý vzniká nespáleným zvyškom z paliva) a oxidy dusíka NOx. Práve katalyzátory slúžia na redukovanie množstva týchto troch nebezpečných zlúčenín.
Podľa princípu činnosti a výsledného efektu katalyzátory delíme na:
Oxidačné – na ich činnosť je nutné, aby bol vo výfukových plynoch voľný kyslík. Toto je splnené pri spaľovaní zmesi s prebytkom vzduchu (λ>1) alebo ak je zabezpečený sekundárny vzduch. Používajú sa vo vznetových motoroch. Svojim katalytickým účinkom spôsobujú konverziu CO a nespálených uhľovodíkov (HC) na CO2 a H2O. Obsah NOx prakticky neovplyvňujú.
Redukčné – pracujú pri zmesiach s nedostatkom kyslíka (λ<1). Ich účinkom nastáva konverzia NOx na N2 a CO2 (CO2 vzniká reakciu kyslíka a CO obsiahnutého vo výfukových plynoch)
Oba typy katalyzátorov sa skladajú z keramickej štruktúry (obrázok pod odstavcom), na ktorej je potiahnutá vrstva kovového katalyzátora ( zvyčajne sú to drahé kovy ako platina, ródium alebo paládium). Dôležitým faktorom je veľkosť plochy tejto štruktúry, musí byť čo najvačšia, aby čo najviac pohltila emisie z prúdu výfukových plynov.
Väčšina automobilov sú vybavené trojcestnými katalyzátormi, ktoré regulujú tri hlavné zlúčeniny emisií oxidov dusíka NOx, oxidu huoľnatého CO a a nespálených uhľovodíkov HC. V prvej časti trojcestného katalyzátora prebieha redukcia. Tu je použité paládium a ródium, ktoré pomáhajú znižovať emisie NOx. V druhej fáze prebieha oxidácia, ktorá znižuje množstvo nespálených uhľovodíkov a oxidu uhoľnatého oxidáciou cez vrstvy platiny a paládia.
Autor: Stanislav Frivaldský
