Της Ελισάβετ Κουζιώρτη, Βιολόγου – Περιβαλλοντολόγου ΑΠΘ
Πως προέκυψε η ανάγκη για την δημιουργία των καταλυτών;
Η ατμόσφαιρά μας αποτελείται από 78% άζωτο, 20,9% οξυγόνο και άλλα στοιχεία.. Η βαθμιαία μείωση των ποσοστών του οξυγόνου λόγω της βιομηχανίας, των πυρκαγιών και φυσικά του αυτοκινήτου δημιούργησε την ανάγκη για έρευνες γύρω από την αντιμετώπιση του προβλήματος. Και η λύση όσον αφορά το αυτοκίνητο βρέθηκε μέσω του καταλύτη και των αυτοκινήτων «νέας αντιρρυπαντικής τεχνολογίας». Οι προσπάθειες για τον περιορισμό των καυσαερίων στα αυτοκίνητα άρχισαν από την δεκαετίας του 1960. Στόχος τους ήταν και είναι η κατασκευή ενός συστήματος το οποίο να εξουδετερώνει τους ρύπους χωρίς βέβαια να μειώνεται η απόδοση του κινητήρα ούτε να αυξάνεται η κατανάλωση του καυσίμου.
Τι είναι ο καταλύτης;
Ο Καταλύτης του αυτοκινήτου είναι ένα εξάρτημα που τοποθετείται στο σύστημα εξαγωγής των καυσαερίων (σύστημα της εξάτμισης) και αφαιρεί κατά ένα μεγάλο ποσοστό τις βλαβερές για τον άνθρωπο ουσίες που υπάρχουν στα καυσαέρια του αυτοκινήτου.
Μέσα στον καταλύτη υπάρχει ένα κυψελωτό κεραμικό ή μεταλλικό υλικό από τους πόρους του οποίου περνάν τα καυσαέρια και ενώνονται με το οξυγόνο. Δηλαδή οξειδώνονται ή απλά «καίγονται». Για να επιτευχθεί γρήγορα και σε σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες η οξείδωση των καυσαερίων, χρειάζεται η παρουσία ορισμένων « ευγενών μετάλλων » (ρόδιο, παλλάδιο και πλατίνα) τα οποία είναι εμποτισμένα στο κεραμικό υπόστρωμα του καταλύτη. Καθώς τα καυσαέρια και το οξυγόνο περνούν από τους πόρους του καταλύτη, έρχονται σε επαφή με τα πολύτιμα μέταλλα, που διευκολύνουν τις χημικές αντιδράσεις πλήρους καύσης των καυσαερίων. Λόγω αυτής της καύσης οι τελικές θερμοκρασίες που αναπτύσσονται μέσα στον καταλύτη είναι της τάξεως των 270C – 800C .
Σε ποιο σημείο του συστήματος της εξαγωγής βρίσκεται ο καταλύτης και γιατί;
Στα πρώτα καταλυτικά αυτοκίνητα που κυκλοφόρησαν το 1989 ο καταλύτης τοποθετήθηκε μπροστά από την εξάτμιση και όσο πλησιέστερα γινόταν στη μηχανή του αυτοκινήτου. Η θέση αυτή του έπρεπε να αναπτύσσει όσο το δυνατό γρηγορότερα τις υψηλές θερμοκρασίες που είναι απαραίτητες για τη σωστή λειτουργία του. Στα αυτοκίνητα τελευταίας τεχνολογίας ο καταλύτης βρίσκεται άμεσα συνδεδεμένος με τον κινητήρα με τη βοήθεια μιας πολλαπλής μαντεμένιας σύνδεσης. Τα τελευταία χρόνια αρκετές αυτοκινητοβιομηχανίες έχουν αρχίσει να τοποθετούν διπλό καταλύτη, έναν στον κινητήρα και έναν κάτω από τη θέση του συνοδηγού για να επιτύχουν καλύτερο αποτέλεσμα.
Πόσα είδη καταλυτών υπάρχουν;
Με κριτήριο τη λειτουργία τους και από τον παλιότερο προς τον πιο σύγχρονο τύπο υπάρχουν 5 είδη καταλυτών:
- Ο οξειδωτικός
- Ο μειωτικός
- Ο δυαδικός
- Ο τριοδικός μη – ρυθμιζόμενος και
- Ο τριοδικός ηλεκτρονικά ρυθμιζόμενος
Ο τελευταίος και πλέον διαδεδομένος σήμερα χρησιμοποιείται μόνο σε αυτοκίνητα που διαθέτουν ψεκασμό και ηλεκτρονικές αναφλέξεις. Αυτό το είδος καταλύτη μειώνει τους ρύπους κατά 90 %. Στα αυτοκίνητα που διαθέτουν τέτοιο τύπο θα βρείτε σίγουρα έναν ή δυο αισθητήρες λάμδα « λ ». Οι λ ελέγχουν και σε συνεργασία με τον εγκέφαλο διορθώνουν συνεχώς το μίγμα βενζίνης και οξυγόνου που φτάνει στον καταλύτη, ώστε η αναλογία τους να είναι τέτοια που να επιτρέπει την πλήρη καύση όλων των μορίων βενζίνης. Στην πράξη η τέλεια αυτή αναλογία δεν μπορεί να επιτευχθεί και για το λόγο αυτό οι επιτρεπόμενες εκπομπές ρύπων είναι χαμηλές, αλλά ποτέ μηδενικές.
Πώς λειτουργεί ο καταλύτης;
Στους πόρους του κεραμικού ή μεταλλικού υλικού, λαμβάνουν χώρα οι παρακάτω αντιδράσεις:
Το μονοξείδιο του άνθρακα (CO) μετατρέπεται σε διοξείδιο (CO2)
Οι υδρογονάνθρακες μετατρέπονται σε νερό και διοξείδιο του άνθρακα
Και οι δύο αυτές αντιδράσεις γίνονται με την βοήθεια του Παλάδιου (Pd) και της Πλατίνας (Pt)
Με την βοήθεια του Ρόδιου (Rh) γίνονται δύο ακόμα αντιδράσεις διάσπασης των οξειδίων του αζώτου (NOx) σε μοριακό άζωτο και οξυγόνο
Οι ουσίες που περιέχονται στη βενζίνη – το μονοξείδιο του άνθρακα, οι υδρογονάνθρακες και τα οξείδια του αζώτου – είναι επιβλαβείς για την υγεία του ανθρώπου αλλά και για το περιβάλλον.
Όταν ο καταλύτης του αυτοκινήτου λειτουργεί σωστά εξασφαλίζεται η μετατροπή των επιβλαβών ουσιών σε αβλαβείς – διοξείδιο του άνθρακα και μοριακό άζωτο – πριν την έξοδο τους από το σύστημα της εξάτμισης.
Τι συμβαίνει όταν δε λειτουργεί ο καταλύτης;
Σ’ αυτή την περίπτωση απελευθερώνονται στο περιβάλλον οι επιβλαβείς ουσίες – ρύποι με ποσοστιαία αναλογία:
70 % μονοξείδιο του άνθρακα
12% υδρογονάνθρακες και
18% οξείδια του αζώτου.
Στο σύνολό τους, οι παραπάνω αέριοι ρύποι αποτελούν μόνο το 2% των εκπομπών του αυτοκινήτου, ενώ το υπόλοιπο 98% είναι ακίνδυνο.
Σκεφτείτε όμως, πόσα αυτοκίνητα κυκλοφορούν κάθε δευτερόλεπτο στον πλανήτη !
Ποιες είναι οι επιδράσεις των ρύπων στην υγεία του ανθρώπου και στο περιβάλλον;
Το μονοξείδιο του άνθρακα ανταγωνίζεται το οξυγόνο στη σύνδεσή του με την αιμοσφαιρίνη του αίματος με συνέπεια να μεταφέρεται λιγότερο οξυγόνο στον εγκέφαλο και τα άλλα όργανα και να επηρεάζεται σημαντικά η λειτουργία τους.
Μερικοί υδρογονάνθρακες, όπως το βενζοπυρένιο, έχουν καρκινογόνο δράση.
Τα οξείδια του αζώτου καταστρέφουν τους ιστούς των πνευμόνων, εξασθενούν την αντίσταση του οργανισμού στην πνευμονία, ενώ παρατεταμένη έκθεσή μας σε χαμηλές συγκεντρώσεις τους προκαλεί τη δημιουργία εμφυσήματος, μια μορφή χρόνιας πάθησης των πνευμόνων που συχνά συνοδεύεται και από χρόνια βρογχίτιδα.
Επιπλέον, οι ρύποι αυτοί αντιδρούν μεταξύ τους, μετά την απελευθέρωσή τους και έτσι παράγονται οι λεγόμενοι δευτερογενείς ρύποι με βλαπτικές επιδράσεις στο αναπνευστικό σύστημα και στα μάτια.
Τόσο οι πρωτογενείς, όσο και οι δευτερογενείς ρύποι έχουν βλαπτικές επιδράσεις στα φυσικά οικοσυστήματα με τις οποίες δε θα αναλωθούμε στο παρόν άρθρο – έχω μια απίστευτη λογοδιάρροια με την οικολογία και φοβάμαι ότι δε θα καταφέρω να τηρήσω το όριο λέξεων που μου επιτρέπει ο εκδότης -.
Ποιες είναι οι επιδράσεις του απενεργοποιημένου καταλύτη στο αυτοκίνητο;
- Έμβολα – πιστόνια της μηχανής εξωθούν τα καυσαέρια μέσω του συστήματος του καταλύτη και της εξάτμισης. Οποιαδήποτε παρεμβολή ή εμπόδιο* στη ροή των καυσαερίων θα δημιουργήσει αυξημένη πίεση στον κινητήρα και συνεπώς υπάρχει περίπτωση υπερθέρμανσης και μείωσης της απόδοσής του.
*π.χ. Η χρήση βενζίνης με μόλυβδο έχει σαν αποτέλεσμα τη φραγή των πόρων του καταλύτη καθώς ο μόλυβδος επικάθεται σε αυτούς. Επίσης, θραύσματα κεραμικού καταλύτη που έσπασε θα περάσουν στην εξάτμιση με αποτέλεσμα να την αποφράξουν.
- Σε αυτοκίνητα με αισθητήρα λ η διαρκής προσπάθεια του κινητήρα να στείλει το σωστό μείγμα βενζίνης – οξυγόνου μπορεί να οδηγήσει σε αύξηση της κατανάλωσης βενζίνης.
Πόση διάρκεια ζωής έχει ένας καταλύτης;
Οι κατασκευαστές των καταλυτών δίνουν διάρκεια ζωής από 70.000 χλμ. έως 100.000 χλμ. Περίπου 6 χρόνια, δηλαδή, καθώς έχει υπολογιστεί ότι στην Ελλάδα ένα μέσο αυτοκίνητο διανύει 15.000 χλμ. το χρόνο.
Αυτό όμως δεν είναι απόλυτο γιατί μπορεί να υπάρχει πρόωρη φθορά του ή και γήρανσή του από εξωγενείς παράγοντες. Μπορούμε βέβαια να βρούμε και καταλύτες οι οποίοι έχουν ξεπεράσει τα 100.000 χλμ. λειτουργίας και παρ’ όλα αυτά να λειτουργούν κανονικά.
Ουσιαστικά λοιπόν, όσο ο καταλύτης εκτελεί σωστά τα καθήκοντά του και καθαρίζει τα καυσαέρια δεν υπάρχει λόγος αλλαγής του. Πλησιάζοντας όμως τα 100.000 χλμ θα πρέπει να φροντίσουμε να ανανεώνουμε ετησίως την « Κάρτα Ελέγχουν Καυσαερίων». Και να την ανανεώνουμε επιμένοντας να μας μετρήσουν τις εκπομπές ρύπων, όχι απλά να αντιγράψουν τα προηγούμενα στοιχεία με νέα ημερομηνία.
Ποιες είναι οι κύριες αιτίες πρόωρης φθοράς ή γήρανσης του καταλύτη από εξωγενείς παράγοντες;
Η σημαντικότερη αιτία είναι η κακή ποιότητα καυσίμων και η χρήση βενζίνης με μόλυβδο. Βλάβη στο ηλεκτρονικό σύστημα διαχείρισης του κινητήρα, μηχανική θραύση του καταλύτη από δυνατό χτύπημα αλλά και η συχνή οδήγηση σε χαμηλές ταχύτητες που δεν επιτρέπουν στον καταλύτη να αναπτύξει την επιθυμητή θερμοκρασία λειτουργίας, μπορούν να προκαλέσουν την απενεργοποίησή του. Οι αντιπροσωπείες αυτοκινήτων επιμένουν ότι δεν πρέπει να προσπαθούμε να ξεκινήσουμε ένα καταλυτικό αυτοκίνητο με σπρώξιμο ή να το αφήνουμε να δουλεύει στο ρελαντί για διάστημα μεγαλύτερο των 20 λεπτών. Και στις δυο περιπτώσεις η ροή της βενζίνης προς τον καταλύτη θα ξεκινήσει, χωρίς αυτός να έχει αναπτύξει την απαραίτητη θερμοκρασία λειτουργίας που είναι 350 – 400 βαθμοί Κελσίου.
Πώς θα αντιληφθούμε ότι ο καταλύτης μας έχει χαλάσει ή ότι θέλει αλλαγή;
- Η πιο σαφής ένδειξη για τη φθορά ή απενεργοποίηση του καταλύτη μας είναι η αποτυχία μας στο τεστ καυσαερίων, αλλά ακόμη και σε αυτή την περίπτωση είναι αναγκαίος ο έλεγχος της τροφοδοσίας καυσίμου που θα μπορούσε να προκαλέσει το ίδιο διαγνωστικό αποτέλεσμα.
- Πολύ συχνά η απενεργοποίηση του καταλύτη γίνεται αντιληπτή από θορύβους που προέρχονται από το σύστημα εξαγωγής καυσαερίων γενικότερα. Εάν ακούσετε ήχους που θυμίζουν τρίξιμο, σπασμένα γυαλιά ή σφύριγμα πρέπει να απευθυνθείτε σε ειδικό συνεργείο.
Πόσο κοστίζει ένας καταλύτης;
Εξαιτίας της επίστρωσής τους με πολύτιμα μέταλλα, οι τιμές των καταλυτών ξεπερνούν σαφώς τις τιμές των εξατμίσεων του οχήματός μας. Στην αγορά κυκλοφορούν οι καταλύτες των αντιπροσωπειών – original καθώς και οι εργοστασιακοί – aftermarket. Η τιμή των original μπορεί να φτάσει και στο τριπλάσιο της τιμής των aftermarket. Οι αντιπροσωπείες επιμένουν ότι εάν τοποθετήσετε aftermarket καταλύτη θα πάψει να ισχύει η εγγύησή σας. Οι aftermarket καταλύτες όμως, πέραν της οικονομικότερης τιμής τους τοποθετούνται με εγγύηση καλής λειτουργίας 1 – 2 ετών.
Στην ΚΑΤΑΛΥΤΕΣ ΑΒΕΕ, κατασκευάζουμε aftermarket καταλύτες, με χρήση υποστρώματος μεταλλικού ή κεραμικού, σύμφωνα με τις προδιαγραφές των κατασκευαστών των οχημάτων. Και σας εγγυόμαστε μέγιστη οικονομία, ποιότητα και διάρκεια ζωής!
Και μια μνεία στους επιστήμονες..
Ο πρώτος καταλυτικός μετατροπέας εφευρέθηκε από τον Eugene Houdry, ένα Γάλλο μηχανικό αυτοκινήτων και ειδικό στον καταλυτικό καθαρισμό λαδιού, ο οποίος έζησε στις ΗΠΑ το 1950. Το 1973 ο καταλυτικός μετατροπέας αναπτύχθηκε και εξελίχθηκε από τους John Mooney και Carl Keith, οπότε και ξεκίνησε η βιομηχανική παραγωγή του.
Εκμεταλλευτείτε σήμερα την πολύχρονη εμπειρία μας και αναζητήστε μαζί μας την καλύτερη λύση για το δικό σας αυτοκίνητο!
Αφήστε μια απάντηση