Co to jest katalizator i do czego jest potrzebny?

W połowie lat siedemdziesiątych rząd Stanów Zjednoczonych wprowadził prawo o konieczności wyposażenia każdego nowo wyprodukowanego samochodu w urządzenie nazywane reaktorem katalitycznym, obecnie powszechnie nazywanym katalizatorem. W krótkim czasie urządzenie to zyskało popularność wśród światowych producentów samochodów i do dnia dzisiejszego jest podstawowym urządzeniem służącym do ograniczania emisji.

Katalizator umieszczany jest w układzie wydechowym i przypomina metalową komorę o kształcie bochenka chleba lub większego termosu do kawy. Przyjmuje gazy spalinowe z kolektora wydechowego i zmniejsza ich trujący skład chemiczny. Wewnątrz obudowy katalizatora znajduje się wsad ceramiczny lub metalowy o strukturze plastra miodu, wyłożony cienką warstwą metali szlachetnych, które pomagają w redukcji emisji spalin.

Trzy główne emisje wytwarzane są przez silniki samochodowe: gaz azotowy (N2), dwutlenek węgla (CO2) i para wodna (H2O). Jednak reaktor katalityczny jest używany do walki z mniejszymi, lecz bardziej szkodliwymi związkami chemicznymi, które są wytwarzane podczas procesu spalania silnikowego. Są to tlenek węgla, węglowodory i tlenki azotu. W dzisiejszych czasach większość katalizatorów kwalifikuje się do tak zwanych katalizatorów trójdrogowych ze względu na trzy główne typy emisji, z którymi muszą sobie radzić.

"Katalizator" jest substancją, która przyspiesza reakcję chemiczną, a w reaktorze katalitycznym istnieją dwa typy takiej substancji. Pierwsza z nich zawiera platynę i rod, które przyczyniają się do zmniejszenia emisji tlenków azotu. Tlenki azotu są wytwarzane przez tlenek azotu i dwutlenek azotu w spalinach. Gdy gazy azotowe stykają się z metalami szlachetnymi katalizatora, oddzielane zostają atomy azotu z cząsteczek, które z kolei powodują uwalnianie się czystszego tlenu przechodzącego przez dalszą część układu wydechowego.
Drugim katalizatorem jest katalizator utleniający, który wykorzystuje Platinum i Pallad do wykonania swojego zadania. Katalizator ten utlenia lub spala tlenek węgla i węglowodory w nadchodzącym gazie, przyczyniając się do zmniejszenia ilość smogu wytwarzanego przez odparowane, niespalone paliwo.

Końcowy etap kontroli emisji to czujnik O2 znajdujący się tuż przed katalizatorem. Czujnik ten przekazuje informacje do sterownika silnika ile tlenu znajduje się w gazach spalinowych, a komputer pokładowy reguluje stosunek powietrza do paliwa, aby umożliwić silnikowi pracę w zbliżonym punkcie stechiometrycznym. Jest to punkt, w którym wszystkie paliwo dostające się do komory spalania wykorzystuje cały tlen dostarczony w celu ukończenia procesu spalania. Ten ostatni etap wspiera ogólną sprawność silnika, a także umożliwia silnikowi dostarczenie do katalizatora wystarczającej ilości tlenu do skutecznego procesu utleniania używając drugiego katalizatora.