Katalyzátor ve výfukových spalinách automobilů: Příčiny emisí a jejich snižování

Automobilový katalyzátor je zařízení, které snižuje emise výfukových plynů vznikající nedokonalým spalováním.

Funkce a princip katalyzátoru

Katalyzátor přeměňuje za pomoci chemických reakcí škodlivé látky na vodu, oxid uhličitý a další méně nebezpečné látky. Primárním úkolem katalyzátoru je přeměna uhlovodíků, oxidu uhelnatého a oxidů dusíku, které jsou produkovány motorem, na méně škodlivé látky - vodní páru, oxid uhličitý a dusík.

Pojmenování katalyzátor pochází z řeckého katalýtis, které označuje látku vstupující do chemické reakce, tuto chemickou reakci urychlí, ale sama z ní vystoupí nezměněná. V našem případě je katalyzátorem pro chemickou reakci vrstva vzácných kovů.

Složení a konstrukce

Automobilový katalyzátor obsahuje vzácné kovy nanesené na reakční plochy nosiče, obvykle se používají směsi platiny (oxidační část) a rhodia (redukční část). Nosič má jemnou strukturu podobnou včelím plástvím, která i při kompaktních rozměrech katalyzátoru zaručuje velký povrch.

Při teplotách 300 - 600 °C vznikají chemické reakce, které snižují obsah škodlivých složek. Nejdříve platina a rhodium štěpí oxidy dusíku na dusík (N) a kyslík (O) a pak platina a paládium spojují kyslík s oxidem uhelnatým a uhlovodíky. Výsledkem je nejedovatý oxid uhličitý (CO2) a voda (H2O).

Čtěte také: Ekologické aspekty vody v podniku

V současné době je katalyzátor schopen odstranit až 97 % uhlovodíků, 96 % oxidu uhelnatého a 90 % oxidů dusíku.

Účinnost katalyzátoru a faktory, které ji ovlivňují

Při studených startech není katalyzátor účinný, začíná fungovat až od teploty cca 300 °C. Pro dosažení této teploty je zapotřebí jistý čas, aby bylo možné tento čas zkrátit, je nutné zařadit do výfukové soustavy rozměrově menší předkatalyzátor, který je umístěn blíž k motoru.

Katalyzátor (správněji: katalytický konvertor) je součást výfukového potrubí. Skládá se z takzvané lambda sondy a následně samotného katalytického zařízení.

Konvenční motory spalující uhlovodíková paliva mají nedokonalé spalování, proto při jejich chodu vznikají škodlivé plyny - emise. Např. oxid uhličitý (CO2), voda (H2O), oxid uhelnatý (CO), dráždivý oxidu dusíku (NOx), karcinogenní nespálené uhlovodíky (HC), oxidy síry (SOx) a v případě vznětových motorů vznikají pevné částice (DPM).

Na produkci těchto nežádoucích plynů má vliv kvalita hoření, tedy stav motoru, režim jeho chodu, kvalita a čistota paliva atd. Katalyzátor pomáhá výrazně snížit emisi těchto škodlivých výfukových plynů.

Čtěte také: Úklid s Denkmit a horkou vodou

Katalyzátor není filtr! V katalytické komoře procházejí výfukové plyny keramickými plástvemi, které jsou pokryty vzácnými kovy. Díky těmto kovům vznikají chemické reakce, které pomáhají rozkládat škodliviny na neškodné látky.

Čištění výfukových plynů v katalyzátoru se skládá ze dvou základních procesů (chemických reakcí) redukce (sloučeninám je kyslík odebírán O2) a oxidace (sloučeninám je kyslík dodáván O2). Při oxidaci je oxid uhelnatý CO přeměňován (oxiduje) na oxid uhličitý CO2, zároveň uhlovodíky HC oxidují na vodu H2O a oxid uhličitý CO2. V podstatě se jedná o dodatečné spalování.

Typy katalyzátorů

V praxi se velmi často používá rozdělení katalyzátorů na dvoucestné a třícestné. Tím je míněno, kolik základních škodlivin je schopen katalyzátor účinně likvidovat (CO, HC a NOx). Dvoucestný oxidační katalyzátor snižuje emise oxidu uhelnatého (CO) a nespálených uhlovodíků (HC). Třícestný (trojcestný) katalyzátor na rozdíl od dvoucestného redukuje také emise oxidů dusíku NOX.

Třícestný katalyzátor může správně fungovat pouze v úzké oblasti poměru paliva a vzduchu v tzv. okně. Aby se motor mohl pohybovat v tomto okně, je nutné použít zpětnovazební smyčku pro řízení palivové směsi s tzv. lambda sondou. Tímto způsobem dnes pracují všechny modernější motory se vstřikováním paliva.

Lambda sonda přes řídící počítač motoru jednoduše nastavuje poměr paliva a vzduchu tak, aby motor pracoval v optimálním režimu s tzv. stechiometrickou směsí.

Čtěte také: Tip na koupání v ČR

Keramické vs. kovové katalyzátory

Katalyzátory keramické mají keramickou vložku. Jedinou výhodou těchto katalyzátorů je o něco nižší cena. Keramické katalyzátory jsou však mnohem citlivější na poškození jak mechanické (uder cizího předmětu na vozovce) tak chemické a to zejména při špatném seřízení motoru.

Katalyzátory kovové mají vložku kovovou. Tyto katalyzátory nejsou tak citlivé na mechanické poškození, není tak velké riziko poškození vlivem horšího chodu motoru. Kovové katalyzátory jsou vhodné pro benzínové a dieselové motory i motory poháněné alternativním pohonem LPG/CNG.

Historie a vývoj

První katalyzátor byl montován do vozů Cadillac již roku 1975. První sériový vůz vybavený částečným katalyzátorem se stal Cadillac Seville. Tento katalyzátor do určité míry snižoval obsah škodlivin ve výfukových plynech, ale první skutečný katalyzátor byl vynalezen týmem engelhardských vědců pod vedením Johna J. Mooneye a Carla D. Keitha v roce 1979. O rok později byl vylepšen a vznikl tzv. Vnitřní struktura katalyzátoru je podobná včelí plástvi, což umožňuje maximalizovat jeho činnou plochu při zachování kompaktních rozměrů.

Nebezpečí pro katalyzátor

Velice nebezpečný je kontakt katalyzátoru s nespáleným palivem. K tomu může dojít, např. když existuje problém se systémem zapalování, když je vozidlo roztlačeno nebo roztaženo se zahřátým motorem, když je směs ovlivněna špatnou údržbou systému sání (znečištěný vzduchový filtr nebo sací potrubí), nebo když dojde k poruše lambda sondy.

Pokud se do katalyzátoru dostane nespálená směs, která v něm shoří, prudce vzroste teplota v katalyzátoru.

Vznětové motory pracují s přebytkem vzduchu (Lambda > 1), proto nelze provádět regulaci podílu kyslíku ve směsi palivo-vzduch. Čištění výfukových plynů dodatečným spalováním přebírá oxidační katalyzátor. K dodatečnému spalování (oxidaci) je použito zbytkového kyslíku ve výfukových plynech, tím se sníží obsah uhlovodíků (HC) a oxidu uhelnatého (CO). Množství dusíkatých složek není možné v oxidačním katalyzátoru měnit.

Vzniklé oxidy dusíku se proto redukují už během spalování za pomocí systému recirkulace, což znamená, že se kontrolovaně zavádí výfukové plyny zpět do spalovacího prostoru. Ochlazené výfukové plyny se přivádí zpět do spalovací komory, a tak dochází ke snížení emisí NOX. Probíhá-li spalování za nízkého přebytku vzduchu, zvětšuje se ve výfukových plynech podíl oxidu uhelnatého (CO), uhlovodíků (HC) a pevných částic (PM).

Katalyzátor výfukových plynů je zařízení snižující emise spalovacích motorů, které vznikají při spalování benzínu nebo nafty. Katalyzátor je součástí výfukového systému, nachází se co nejblíže motoru, protože pro svou fungkci potřebuje teplotu minimálně 300° C. Moderní auta jsou vybavena ještě tzv. Těsně za katalyzátorem se nachází lambda sonda. Toto elektronické čidlo odesílá informace o složení spalin řídící jednotce, která podle nich upravuje směs paliva a vzduchu.

Životnost katalyzátoru u nového vozidla se odhaduje minimálně na 128 000 km. Cena katalyzátorů se odvíjí od velikosti a výkonu motoru. Snížený výkon může mít na svědomí i vadná lambda sonda, v tu chvíli totiž řídící jednotka nemá informace o spalinách a může motor přepnout do tzv. Startování při roztlačování je užitečná dovednost, kterou lze vyřešit mnoho problémů. U aut s katalyzátorem na to však musíte zapomenout - mohli byste jej nenávratně poškodit.

Stav katalyzátoru se stejně jako u většiny dalších dílů odvíjí od stáří a najetých kilometrů vozidla. Proto je při nákupu ojetiny důležité vždy prověřit, že s tachometrem nikdo nemanipuloval.

Výzkum emisí PAU

Centrum dopravního výzkumu v. v. i. představuje prostřednictvím webu cistadoprava.cz výsledky vlastního výzkumu zaměřeného na měření emisí specifických polycyklických aromatických uhlovodíků (PAU) v reálném silničním provozu. Polycyklické aromatické uhlovodíky, které se ve výfukových spalinách vozidel vyskytují v nízkých koncentracích, jsou toxické látky s prokázaným negativním vlivem na lidské zdraví a životní prostředí. Některé z nich jsou karcinogenní a mutagenní, což zvyšuje riziko vzniku rakoviny a genetických mutací.

Výzkum se zaměřil na emise PAU vázaných na pevné částice z výfukových plynů osobních automobilů různých emisních kategorií a koncepcí motorů. Odběr vzorků probíhal na vybrané měřicí trase Brno - Pohořelice - dálnice D52, která rovnoměrně pokrývá městský, mimo městský a dálniční provoz. Tato trasa byla zvolena tak, aby splňovala požadavky tzv. U testované skupiny vozidel byly zjištěny nejvyšší emisní faktory PAU vázaných na pevné částice u benzínových vozidel emisní kategorie Euro 6, což je způsobeno přípravou směsi paliva a absencí filtru pevných částic (GPF) u starších vozidel této kategorie. Instalace GPF byla povinná od konce roku 2018.

Naopak vozidla na LPG vykazovala výrazně nižší emisní faktory PAU ve srovnání s benzínovými i naftovými vozidly, což potvrzuje výhody tohoto alternativního paliva. Nejvyššího emisní faktoru PAU u naftového pohonu dosahovala vozidla kategorie EURO 4, která ve většině případů nebyla vybavena filtrem pevných částic (DPF). „Pokud jsou automobily vybaveny filtry pevných částic již z výroby, je nutné udržovat jejich správnou funkčnost. Automobily vybavené funkčními filtry pevných částic dosahovaly nižších emisních faktorů PAU. - Podpora využívání alternativních paliv, jako je LPG, která vykazují nižší emisní faktory PAU.

Výzkum je důležitým krokem k pochopení a snížení nelimitovaných škodlivých látek z dopravy. Další výzkum a rozšíření vzorku testovaných vozidel jsou nezbytné pro dosažení reprezentativních výsledků a efektivní regulace emisí.

tags: #voda #ve #spalinach #emise #automobil #příčiny

Oblíbené příspěvky:

• Problémy s emisemi u naftových vozů
• Přírodní ochrana ostružin
• Tipy pro zábavu a dobrodružství v přírodě
• Odpady na Mendelu
• Průvodce Tříděním Odpadu