Katalizátorok az autóiparban

Autó kipufogógáz katalizátor
Az autóiparban a katalizátor nem egy szer, hanem egy alkatrész, amelynek szerepe a motor által kibocsátott gázok (kipufogógázok) károsanyag-tartalmának csökkentése, bár ez a folyamat itt is a klasszikus kémiában katalizátoroknak nevezett anyagok révén valósul meg. A károsanyag-tartalom csökkenését úgy érik el, hogy a működés során kialakuló magas hőmérsékletnek köszönhetően a katalizátorban található nemesfémek a káros anyagok egy részét oxidálják, vagy ártalmatlan anyagokká alakítják.

Az autó kipufogógáz katalizátorok általában oxidációs katalizátorok: amik a füstgáz szénhidrogén és szén-monoxid tartalmát alakítják át vízgőzzé és szén-dioxiddá.

A két gázkomponensre ható katalizátorok már két darab egymáshoz kapcsolt külön elemből állnak, az első egy redukciós katalizátor, ahol a nitrogén-oxidokat redukálják, a második egy oxidációs, ahol a szénhidrogének és a szén-monoxid átalakítása következik be. Jobb hatásfokkal dolgozik, mint a korábbiak, de a mai normáknak közel sem tudnak már megfelelni.

A katalizátor magja egy extrudált kerámiatömb, amelyben rengeteg áramlási csatorna van.

Az így megnövelt felületű magra viszik fel a nemesfémet, a tulajdonképpeni katalizátor anyagot. Ezek a nemesfémek a platinafémek családjába tartozó platina, palládium és ródium. A platina segíti az oxidációt, a palládium és a ródium a redukciót.

Ahhoz, hogy a katalizálási folyamat megindulhasson, minimum 250-300 C°-os hőmérséklet szükséges, az ideális működéshez pedig 400-800 C° közötti hőmérséklet.

A gépjármű katalizátoroknak három fő fajtája létezik:

két gázkomponensre ható,
három gázkomponensre ható és
a három gázkomponensre ható típus levegőbefúvásos változata.
Autó kipufogógáz szűrők
A szilárd részecskékre ható készülékeket szűrőknek nevezzük, ezekben vegyileg a füstgáz nem alakul át, hanem a képződött, elégetlen korom, és egyéb szilárd részecske kiszűrésére szolgálnak. A DPF típusú részecskeszűrő tisztítása menet közben történik, ami átmenetileg jelentős szennyező kibocsátással jár. A DPF részecskeszűrő-regeneráció alatt a dízelhajtású személygépkocsi 15 kilométeren át is képes a normálisnál akár ezerszer több apró részecskével terhelni a levegőt.

Kazán-kályha katalizátorok
A kályhákhoz ill. kazánokhoz alkalmazott katalizátorok az autó katalizátorokkal azonos célt szolgálnak, az elégetlen CO, por, egyéb szerves anyagok oxidálása, az emisszió csökkentése. Gyakran habkerámia szerkezetűek, melynek felületén nemesfém bevonat képezi a katalizátor réteget. Alkalmazhatóságuk határa kb. 1450 C°. A katalizátor szerkezet általában a tűztér felső részében van. A füstgáz átmegy a habkerámia szűrőn, és különösen az égés elején, ill. részterhelésen finom por ér a felülethez, ami teljes terhelésen kiég, és szabaddá válik a felület. A por 30-40%-át tartja vissza. Kazánokban ajánlatos egy füstgáz-csappantyúval megkerülni. A finom por elégetésén kívül utóégetési folyamat is lejátszódik, CO (kb. 25-30%-ban), és szénhidrogének (kb. 20-50%-ban) redukálódik.

A katalizátor kevés karbantartást igényel, de rendszeresen tisztítani kell.

A kazánok füstgáz katalizátora a csak 200 C° felett működik (ekkor lehet a füstgázt rajta csappantyúval átvezetni). Ha a katalizátor nem ég ki tisztára, akkor vagy nem érte el a szükséges gyulladási hőmérsékletet, vagy kevés a kazán huzata. Különbség van egyszerű eltömődés (elszennyeződés), és mérgezés között. A bypass füstgáz csappantyú használata megakadályozza a mérgezést. A mérgezés azt jelenti, hogy egy kondenzátum réteg befedte a nemesfém felületet, lakkréteget alkot. Ezzel a katalizátor hatástalan, egyre vastagabb szennyezés rakódik rá.

Gyulladási hőmérsékletek
Szén-monoxid 609 C

Propán-bután 550 C

Földgáz 595-645 C

Autógáz LPG 490-510 C

Faszén 250-280 C°,

Fűrészpor 325 C°,

Kőszénpor 150-220 C°.

Katalizáló hatású egyéb szerkezet
Katalitikus utóégetők
Nagyobb (erőművi) kazánokban nem alkalmazzák, mert könnyen elszennyeződik, ill. mérgeződik. Viszont utóégető hatású készülékeket alkalmaznak a kályhákban ill. kazánokban, mely lehet egyszerű samott lap, vagy bélés, lapsor, ami felhevülve, és a füstgázt szétterítve, katalitikus réteg nélkül is biztosítja a szennyezők bizonyos fokú elégetését.

Felületi sugárzóégők
Olyan gáztüzelő berendezés, ahol a teljesen előkevert, folyamatos gáz-levegő arányszabályozó által létrehozott gáz-levegő keverék (λ ~ 1,2 ) egy különleges, általában fém-kerámiaszövetből álló katalizátor felületen meggyújtva ég. Az égés által felszabaduló energia jelentős része sugárzó hő. Az így adódó lánghőmérséklet alacsony értéke és az igen rövid lángképződés miatt az NOx károsanyag-kibocsátás értéke (valamint a CO is) igen alacsony szinten tartható.