Καταλύτες

TEXNIKA ΘΕΜΑΤΑ
ΚΑΤΑΛΥΤΕΣ
ΠΑΡΕΛΘΟΝ, ΠΑΡΟΝ, ΜΕΛΛΟΝ

Ήλθαν και θα μείνουν!

Η έλευση των πρώτων καταλυτικών αυτοκινήτων στις αρχές της δεκαετίας του
?90 συνοδεύτηκε με έντονη αμφισβήτηση και ποικίλες αντιδράσεις.
Σήμερα αποτελούν πλέον καθεστηκυία κατάσταση και αντιπροσωπεύουν τη μόνη
εφαρμόσιμη τεχνολογία για την αντιμετώπιση της ρύπανσης που προέρχεται από
τους κινητήρες εσωτερικής καύσης των αυτοκινήτων.

Της Αλεξανδρινής Πέτρου

ΕΙΝΑΙ ΑΛΗΘΕΙΑ ότι η καταλυτική τεχνολογία? εισέβαλε στην Ευρώπη προερχόμενη
από τις Η.Π.Α., στα τέλη της δεκαετίας του ?80. Στην άλλη πλευρά του
Ατλαντικού τα προβλήματα περιβαλλοντικής ρύπανσης έφτασαν στο απροχώρητο
στα τέλη της δεκαετίας του 1960 και οδήγησαν την αμερικανική κυβέρνηση στην
εφαρμογή μια σειράς αυστηρών μέτρων για την αντιμετώπιση του προβλήματος
στα πλαίσια της τροπολογίας Clean Air Act του 1970. Ο βασικός στόχος των
μέτρων ήταν ο περιορισμός των παρακάτω τριών βασικών ρύπων: του μονοξειδίου
του άνθρακα CO (ιδιαίτερα τοξικό και επιβλαβές) των άκαυστων
υδρογονανθράκων HC (καρκινογενείς) και των οξειδίων του αζώτου ΝΟx
(υπεύθυνα για το φωτοχημικό νέφος).

Οι δύο πρώτοι είναι αποτέλεσμα της ατελούς καύσης του καυσίμου ενώ τα
οξείδια του αζώτου οφείλονται στις χημικές αντιδράσεις του αζώτου με το
οξυγόνο στις πολύ υψηλές θερμοκρασίες που αναπτύσσονται μέσα στο χώρο
καύσης. Παρά το γεγονός ότι οι αυτοκινητοβιομηχανίες εφάρμοσαν ιδιαίτερα
εξελιγμένες τεχνολογίες για τη βελτίωση της λειτουργίας των κινητήρων, η
εφαρμογή των καταλυτών ήταν η μόνη άμεσα εφαρμόσιμη λύση για τη εξασφάλιση
χαμηλών επιπέδων ρύπων.

Βασικές αρχές λειτουργίας
Η σημερινή μορφή του καταλυτικού μετατροπέα δε διαφέρει σημαντικά από τους
πρώτους που παρουσιάστηκαν και οι αρχές λειτουργίας του παραμένουν οι
ίδιες. Καλυμμένος από ένα μεταλλικό περίβλημα, ο καταλύτης είναι ουσιαστικά
ένα πορώδες μεταλλικό υλικό μέσα από το οποίο περνάνε τα καυσαέρια. Η υψηλή
θερμοκρασία των καυσαερίων και η παρουσία των ευγενών μετάλλων που υπάρχουν
μέσα στο πλέγμα διευκολύνουν την έναρξη ορισμένων χημικών αντιδράσεων με
τις οποίες οι παραπάνω ρύποι αντιδρούν με οξυγόνο ή μεταξύ τους και
μετατρέπονται σε λιγότερο επικίνδυνες ουσίες.

Τα ευγενή μέταλλα τα οποία υπάρχουν μέσα στους καταλύτες είναι συνήθως
ρόδιο (Rh) και παλλάδιο (Pd) ή πλατίνα (Pt). Η συμμετοχή τους στη
διαδικασία κατάλυσης είναι η ίδια σχεδόν, αν και οι εργαστηριακές έρευνες
έχουν αποδείξει ότι το ρόδιο είναι ιδιαίτερα αποδοτικό στη μετατροπή των
οξειδίων του αζώτου σε άζωτο, ενώ αντίστοιχα η πλατίνα συνεισφέρει
περισσότερο στη μετατροπή των υδρογονανθράκων. Το κεραμικό υλικό που
αποτελεί το βασικό υλικό του καταλύτη είναι συνήθως κορδιερίτης, ένα
ιδιαίτερα ισχυρό και ανθεκτικό υλικό στις θερμοκρασιακές μεταβολές και στα
χτυπήματα, με χαμηλό συντελεστή διαστολής.
Οι σημερινοί κεραμικοί μονόλιθοι περιλαμβάνουν 62 κυψέλες ανά τετραγωνικό
εκατοστό, το πάχος των τοιχωμάτων των κυψελών φτάνει τα 0,15 χιλιοστά, ενώ
η επιφάνεια των πόρων καλύπτει το 71% της μετωπικής επιφάνειας. Με την
κατασκευή αυτή επιτυγχάνονται χαμηλές απώλειες πίεσης των καυσαερίων που
διέρχονται μέσα από τον καταλύτη, και μεγάλο ανάπτυγμα επιφανείας, οπότε
και καλύτερη μεταφορά θερμότητας. Σε διάσταση ο καταλύτης έχει μήκος γύρω
130-150 χιλιοστά ενώ η διάμετρός του είναι 75-150 χιλιοστά. Η διατομή του
είναι συνήθως οβάλ ή κυκλική.
Στο μέλλον τα τοιχώματα θα έχουν ακόμα μικρότερο πάχος, ίσως και 0,13
χιλιοστά, ενώ και τα ανοίγματα θα φτάσουν το 90% της μετωπικής επιφάνειας,
οπότε θα επιτευχθεί ακόμα μεγαλύτερη μείωση του βάρους και μικρότερες
απώλειες πίεσης. Στην επιφάνεια των κυψελών υπάρχει ειδική επίστρωση από
gamma-alumina (γ-Αl2Ο3) με την οποία επιτυγχάνεται καλύτερη επαφή των
καυσαερίων με τα πολύτιμα μέταλλα, πάχους 20 έως 60 μm. Επίσης με τον τρόπο
αυτό προστατεύονται τα βασικά συστατικά του καταλύτη από επιφανειακές
επικαθίσεις, οι οποίες φτάνουν μέχρι τα πρώτα 10-15 μm.

Η πρώτη γενιά καταλυτών εμφανίστηκε στις Η.Π.Α. το 1976-79 και ήταν
οξειδωτικοί, μειώνοντας μόνο τους εκπεμπόμενους υδρογονάνθρακες και το
μονοξειδίου του άνθρακα. Στην αρχή χρησιμοποιήθηκαν σαν καταλυτικά στοιχεία
χαλκός, χρώμιο και νικέλιο, τα οποία σύντομα αντικαταστάθηκαν από την
πλατίνα και το παλλάδιο, σε περιεκτικότητα 0,12 % επί του συνολικού βάρους
(και σε αναλογία πλατίνας/παλλάδιου 2,5:1), τα οποία αποδείχτηκαν πιο
αποδοτικά και πιο ανθεκτικά. Με το τέλος της δεκαετίας του 1970 λύθηκε το
βασικό πρόβλημα των καταλυτών (η καταστροφή τους από το μόλυβδο) με την
εμφάνιση της αμόλυβδης βενζίνης. Ο μόλυβδος, ο οποίος χρησιμοποιείται σαν
αντικροτικό αυξάνοντας τα οκτάνια της βενζίνης, επικάθεται στο μεταλλικό
πλέγμα και το καταστρέφει μειώνοντας έτσι την αποδοτικότητα και τη διάρκεια
ζωής του καταλύτη.

Από τη δεύτερη γενιά καταλυτών και μετά, 1979-86, μιλάμε πλέον για
τριοδικούς καταλύτες οι οποίοι όχι μόνο οξείδωναν τους υδρογονάνθρακες και
το μονοξείδιο του άνθρακα αλλά επιπλέον κατάφερναν να μειώσουν και τα
οξείδια του αζώτου σε πολύ χαμηλά επίπεδα. Η φιλοσοφία του συστήματος
τροφοδοσίας αλλάζει και πλέον, για να μεγιστοποιηθεί η απόδοση του
καταλύτη, ο κινητήρας λειτουργεί με αναλογία αέρα/καυσίμου πολύ κοντά στη
στοιχειομετρική. Για να επιτευχθεί αυτό χρησιμοποιούνται οι αισθητήρες «λ»
ή οξυγόνου παράλληλα με ηλεκτρονικό σύστημα διαχείρισης του κινητήρα.
Επίσης εμφανίζεται πρώτη φορά το ρόδιο (αντί για παλλάδιο) το οποίο είναι
πολύ αποτελεσματικό στη μείωση των οξειδίων του αζώτου αλλά και του
μονοξειδίου του άνθρακα. Η περιεκτικότητα ευγενών μετάλλων διατηρείται στο
0,1% - 0,15%, ενώ η αναλογία βάρους της πλατίνας με το ρόδιο είναι 5:1. Η
τρίτη γενιά καταλυτών εμφανίστηκε το 1986 και περιλαμβάνει μετατροπές οι
οποίες είχαν στόχο τη μείωση των απωλειών και τη βελτίωση της οικονομίας
του καυσίμου στις μεγάλες ταχύτητες.

Στη σημερινή τέταρτη γενιά των καταλυτών, για μοντέλα μετά το 1995, οι
σχεδιαστές επιχειρούν να μειώσουν το κόστος με την αύξηση της
χρησιμοποιούμενης ποσότητας παλλάδιου (το οποίο είναι το πιο φθηνό) σε
συνδυασμό με πλατίνα ή ρόδιο, ενώ παράλληλα μειώνεται το ρόδιο (το οποίο
είναι ιδιαίτερα ακριβό). Η χρήση του παλλάδιου έγινε ακόμα πιο εύκολη από
τη στιγμή που άλλαξε ο σχεδιασμός καταλύτη με την αύξηση της θερμοκρασίας
λειτουργίας (η θέση του καταλύτη είναι πλέον πιο κοντά στην εξαγωγή), και
με
την αποκλειστική χρήση πλέον αμόλυβδων βενζινών). Υπάρχουν πλέον και
καταλύτες οι οποίοι περιλαμβάνουν και τα τρία υλικά, με ιδιαίτερα μεγάλη
απόδοση και αντοχή στις υψηλές θερμοκρασίες, χάρη στη χημική σταθερότητα
που παρουσιάζει το παλλάδιο στις θερμοκρασίες αυτές.
Δύο από τους μεγαλύτερους εχθρούς του καταλύτη είναι ο φώσφορος και το
θείο, οι οποίοι μπορούν να μειώσουν την απόδοση ή και να τον καταστρέψουν.
Ο φώσφορος, ο οποίος περιέχεται στα λιπαντικά, δημιουργεί ένα λεπτό φιλμ
πάνω στο πλέγμα του καταλύτη το οποίο καλύπτει τους πόρους μέσα στους
οποίους βρίσκονται τα πολύτιμα μέταλλα, με αποτέλεσμα τα καυσαέρια να μην
έρχονται σε επαφή με αυτά. Το πρόβλημα αυτό δεν έχει λυθεί ακόμα, αν και οι
προσπάθειες επικεντρώνονται σε αλλαγές στη δομή του καταλύτη και στον όγκο
του έτσι, ώστε
να αυξηθεί η διάρκεια ζωής του. Οι ενώσεις θείου βρίσκονται μέσα στα
καύσιμα σε περιεκτικότητες 200 με 500 ppm, αν και σε μερικές περιπτώσεις
φτάνουν τα 1.200 ppm, με αποτέλεσμα να δημιουργούνται κατά την καύση
διοξείδια και τριοξείδια του θείου (κυρίως όταν το μίγμα του καυσίμου είναι
πτωχό). Τα διοξείδια του θείου απορροφώνται στις θέσεις των ευγενών
μετάλλων και εμποδίζουν την επαφή με τα καυσαέρια, ενώ τα τριοξείδια
δημιουργούν ενώσεις (θειικά άλατα) με το υλικό της επιφανείας του καταλύτη
μειώνοντας έτσι την ωφέλιμη επιφάνεια, και σταδιακά προκαλούν τη μείωση της
απόδοσής του. Ο μόνος τρόπος για την αποφυγή του προβλήματος είναι η μείωση
της περιεκτικότητας σε θείο των καυσίμων, όπως στην περίπτωση της
Καλιφόρνιας όπου δοκιμάζονται πλέον καύσιμα με περιεκτικότητα θείου γύρω
στα 50 ppm.

Σύγχρονα προβλήματα καταλυτών και η αντιμετώπισή τους

Το μεγαλύτερο πρόβλημα των καταλυτών σήμερα είναι η μειωμένη απόδοσή τους
κατά την εκκίνηση του κινητήρα μέχρι να φτάσουν σε θερμοκρασία πλήρους
λειτουργίας (κρύα εκκίνηση). Στα πρώτα δύο λεπτά της λειτουργίας η μείωση
των εκπεμπόμενων υδρογονανθράκων είναι σχεδόν μηδενική, και μόνον όταν ο
καταλύτης φτάσει τη θερμοκρασία των 350-400?C, ξεκινάει η οξείδωσή τους.
Ιδιαίτερα έντονο είναι το πρόβλημα στις βόρειες χώρες όπου οι χαμηλές
εξωτερικές θερμοκρασίες του χειμώνα μεγαλώνουν το χρονικό διάστημα της
προθέρμανσης του καταλύτη. Οι επιστήμονες της παγκόσμιας
αυτοκινητοβιομηχανίας προχωρούν στην εφαρμογή διαφόρων λύσεων, οι οποίες
σαν πρώτο στόχο έχουν την αύξηση της θερμοκρασίας του καταλύτη κατά το
διάστημα αυτό. Μια απλή σχετικά λύση είναι ο ηλεκτρικά θερμαινόμενος
μονολιθικός καταλύτης κατασκευασμένος από λεπτά μεταλλικά φύλλα ή σπιράλ,
τα οποία λειτουργούν σαν θερμαντική αντίσταση. Σε πειραματικό επίπεδο
απαιτήθηκαν γύρω στα 3kW ισχύος για τουλάχιστον 25 δευτερόλεπτα μετά την
εκκίνηση του κινητήρα για να μπορέσει να αυξηθεί η θερμοκρασία του καταλύτη
κατά 100?C. Έτσι ο καταλύτης με προθέρμανση φτάνει τους 300 βαθμούς μέσα σε
17 δευτερόλεπτα, αντί για 30 δευτερόλεπτα σε καταλύτη χωρίς προθέρμανση,
ενώ και οι ρύποι που μετρήθηκαν είναι μόλις το ένα τρίτο σε σχέση με αυτούς
του καταλύτη χωρίς προθέρμανση. Το σύστημα φαίνεται ικανό να ανταποκριθεί
με επιτυχία στις απαιτήσεις, έχει όμως ορισμένα μειονεκτήματα, όπως την
υψηλή απαίτηση σε ηλεκτρική ενέργεια, τη χρήση επιπλέον μπαταρίας, την
αύξηση του βάρους, ενώ δεν μπορεί να εκτιμηθεί η συμπεριφορά του στη
διάρκεια του χρόνου.
Σε επίπεδο παραγωγής η εταιρία Emitec παρουσίασε το καταλυτικό σύστημα
ΕΜΙCΑΤ και METALIT, το οποίο τοποθετήθηκε στην BMW Alpina B12 που
παρουσιάστηκε στην αγορά το Δεκέμβριο. Το EMICAT είναι ένας καταλύτης του
οποίου το πλέγμα είναι κατασκευασμένο από μεταλλικά
φύλλα, πάχους 0,06 χιλιοστών, διπλωμένα σε σχήμα «S». Ο καταλύτης
θερμαίνεται ηλεκτρικά, καταναλώνοντας 50 με 200 Amperes και φτάνει σε
θερμοκρασία λειτουργίας μέσα σε 6-10 δευτερόλεπτα. Σε σειρά με τον Emicat
είναι τοποθετημένος ο Metalit, ο οποίος είναι ένας
καταλύτης με μεταλλικό πλέγμα από φύλλα πάχους 0,05 χιλιοστών, με μεγάλη
θερμική αντίσταση με αποτέλεσμα να μπορεί να τοποθετηθεί πιο κοντά στην
εξαγωγή, δίνοντάς του τη δυνατότητα να θερμανθεί πιο γρήγορα. Σύμφωνα με
την εταιρία η χρήση των δύο καταλυτών μειώνει τις εκπομπές των
υδρογονανθράκων κατά 80% και τις εκπομπές των οξειδίων του αζώτου κατά 50%,
σε σχέση με τα όρια των ευρωπαϊκών οδηγιών που ισχύουν από το τέλος του
1996. Πολλά εργαστήρια εξετάζουν τη δυνατότητα εφαρμογής ενός συστήματος το
οποίο θα περιλαμβάνει δύο καταλύτες, έναν μικρό, προκαταλύτη, κοντά στην
πολλαπλή εξαγωγής και τον κύριο καταλύτη κάτω από το πάτωμα του
αυτοκινήτου. Ο προκαταλύτης, λόγω της θέσης του, θερμαίνεται πολύ πιο
γρήγορα, φτάνει τους 350 βαθμούς μέσα σε ελάχιστα δευτερόλεπτα μετά την
εκκίνηση του κινητήρα, με αποτέλεσμα να ενεργοποιείται και να μετατρέπει
τους υδρογονάνθρακες πολύ πιο γρήγορα από τον κύριο καταλύτη. Είναι
κατασκευασμένος από ειδικό κεραμικό υψηλής αντοχής, με χαμηλό συντελεστή
θερμικής διαστολής, αφού οι θερμοκρασίες στις οποίες λειτουργεί φτάνουν
μέχρι και τους 1.050 βαθμούς.
Μια τρίτη πιθανή λύση στο πρόβλημα είναι η τοποθέτηση «παγίδων» οι οποίες
θα κατακρατούν τους υδρογονάνθρακες στα πρώτα δύο λεπτά της λειτουργίας του
καταλύτη. Οι παγίδες αυτές είναι ουσιαστικά κάνιστρα με απορροφητικό υλικό
(όπως τα κάνιστρα ενεργού άνθρακα τα οποία κατακρατούν τις αναθυμιάσεις του
ρεζερβουάρ) τα οποία μπορούν να συνδεθούν παράλληλα με τον καταλύτη. Μια
ειδική βαλβίδα στην εξαγωγή μετά τον καταλύτη εκτρέπει τα καυσαέρια προς το
κάνιστρο για τα πρώτα δύο λεπτά και ύστερα από αυτό το διάστημα κλείνει και
τα αφήνει να φύγουν προς την ατμόσφαιρα. Βέβαια η λύση αυτή έχει χαμηλή
απόδοση ενώ δεν είναι εγγυημένη η απόδοσή της στη διάρκεια του χρόνου.
Παρόμοια λύση είναι η τοποθέτηση ειδικών ντεπόζιτων στα οποία
κατακρατούνται τα καυσαέρια μέχρι να ζεσταθεί ο καταλύτης και στη συνέχεια
επιστρέφονται στην εισαγωγή του κινητήρα, όπου ξανακαίγονται. Μια τέτοια
λύση δοκιμάζουν οι μηχανικοί της Saab οι οποίοι έχουν τοποθετήσει
δοκιμαστικά στο χώρο αποσκευών 100 αυτοκινήτων έναν επίπεδο σάκο,
χωρητικότητας 100 λίτρων, στον οποίο αποθηκεύονται τα καυσαέρια. Η
λειτουργία του συστήματος είναι μάλλον απλή: στην εξάτμιση του κινητήρα
υπάρχει μία βαλβίδα, τοποθετημένη μετά τον καταλύτη, η οποία μετά την
εκκίνηση κλείνει και εκτρέπει τα καυσαέρια προς έναν σωλήνα ο οποίος τα
κατευθύνει μέσα στο σάκο. Ύστερα από 25 δευτερόλεπτα ο καταλύτης έχει
φτάσει σε θερμοκρασία λειτουργίας και το σύστημα διαχείρισης του κινητήρα
(Trionic) ανοίγει μια άλλη βαλβίδα με την οποία εισάγει τα καυσαέρια, που
έχουν κατακρατηθεί στο θάλαμο καύσης, ενώ παράλληλα ανοίγει τη βαλβίδα στην
εξάτμιση και τα καυσαέρια αρχίζουν να απελευθερώνονται κανονικά στην
ατμόσφαιρα. Ο σάκος κατακράτησης των καυσαερίων είναι κατασκευασμένος από
ειδικό συνθετικό υλικό και μπορεί να αντέξει θερμοκρασίες από -40 μέχρι 130
βαθμούς, ενώ έχει εφοδιασμένο και έναν αισθητήρα πίεσης έτσι, ώστε να
αποφευχθεί η πιθανότητα ο σάκος να σκάσει λόγω της πίεσης των καυσαερίων.
Στην περίπτωση που το σύστημα βγει στην παραγωγή οι μηχανικοί σκέφτονται να
τοποθετήσουν τους σάκους αυτούς στους πίσω θόλους, ενώ το κόστος του
συστήματος θα είναι από 75 μέχρι 150 δολάρια (20.000 με 40.000 δραχμές). Το
μειονέκτημα των συστημάτων αυτών είναι ότι απαιτείται μεγάλος χώρος
αποθήκευσης, ειδικές βαλβίδες, ενώ παράλληλα στο διάστημα της λειτουργίας
του παρατηρείται πτώση της ροπής του κινητήρα και απώλεια ισχύος.

Καταλύτες και κινητήρες πτωχού μίγματος

Οι κινητήρες πτωχού μίγματος αποτελούσαν πάντοτε μια ιδιαίτερα ελκυστική
πρόταση για την αντιμετώπιση των περιβαλλοντολογικών προβλημάτων. Τα
πλεονεκτήματά τους είναι η υψηλή θερμοδυναμική απόδοσή τους και η χαμηλή
κατανάλωση καυσίμου, δυστυχώς όμως οι κινητήρες αυτοί παρουσιάζουν υψηλές
θερμοκρασίες καύσης με αποτέλεσμα τα εκπεμπόμενα οξείδια του αζώτου να
βρίσκονται σε πολύ υψηλά επίπεδα. Παράλληλα η απαίτηση των καταλυτικών
κινητήρων για λειτουργία με στοιχειομετρική αναλογία μίγματος αποκλείει
τους κινητήρες πτωχού μίγματος από την εφαρμογή σε αυτούς της καταλυτικής
τεχνολογίας. Την τελευταία δεκαετία οι έρευνες των επιστημόνων για
καταλύτες οι οποίοι θα μπορούσαν να ταιριάξουν σε κινητήρες πτωχού μίγματος
δεν έχουν δώσει σημαντικά αποτελέσματα. Πρόσφατα παρουσιάστηκαν στην
Ιαπωνία τεχνολογικές λύσεις με τις οποίες αίρεται μερικώς η ασυμβατότητα
μεταξύ των κινητήρων πτωχού μίγματος με τους καταλύτες.
Η πρώτη πρόταση περιλαμβάνει το συνδυασμό ενός τριοδικού καταλύτη με μια
παγίδα οξειδίου βαρίου για τα οξείδια του αζώτου. Το σύστημα διαχείρισης
της λειτουργίας του κινητήρα ρυθμίζει περιοδικά το μίγμα του καυσίμου από
πλούσιο σε φτωχό με βάση την παρακάτω συλλογιστική: όταν είναι φτωχό η
παγίδα δεσμεύει τα ΝΟx, ενώ στον επόμενο κύκλο το μίγμα γίνεται πλούσιο και
η παγίδα τα απελευθερώνει για να οξειδωθούν στον καταλύτη.
Η δεύτερη πρόταση αναφέρεται στο σχεδιασμό ενός καταλύτη ο οποίος
περιλαμβάνει πλατίνα, ρόδιο και ιρίδιο το οποίο μειώνει κατά ένα ποσοστό τα
ΝΟx κατά τη λειτουργία του κινητήρα με πτωχό μίγμα. Και οι δύο όμως λύσεις
δεν καλύπτουν ακόμα τις αυστηρές αμερικανικές προδιαγραφές για τα επίπεδα
καυσαερίων, οπότε δε φαίνεται πιθανόν να εμφανιστούν σύντομα στην παραγωγή.

?Επίλογος
Η εφαρμογή της καταλυτικής τεχνολογίας αποτέλεσε έναν από τους σταθμούς της
αυτοκίνησης, καθώς απέδειξε ότι μπορεί να υπάρξουν «καθαρά» και φιλικά προς
το περιβάλλον αυτοκίνητα. Η μαζική τους παραγωγή επέτρεψε στις εταιρίες να
τους εξελίξουν και να μειώσουν στο ελάχιστο τις παρενέργειες και τα
ελαττώματα που κουβαλούσαν στην αρχή της εφαρμογής τους (υψηλή κατανάλωση,
μείωση της ισχύος του κινητήρα, κ.λπ). Σήμερα αποτελούν μια αξιόπιστη και
αποτελεσματική λύση του προβλήματος της ατμοσφαιρικής ρύπανσης που
προέρχεται από τα αυτοκίνητα, ενώ παράλληλα επιτρέπουν στους κινητήρες
εσωτερικής καύσης να παραμείνουν η πλέον πρόσφορη επιλογή για την κίνηση
των αυτοκινήτων._Α.Π.

Ποια είναι η διάρκεια ζωής του καταλύτη;

Δεν μπορεί να γίνει σαφής εκτίμηση της ζωής του καταλύτη, ούτε οι
αυτοκινητοβιομηχανίες μπορούν να δώσουν την ελάχιστη διάρκεια ζωής. Οι πιο
πιθανές αιτίες καταστροφής του είναι χτυπήματα ή κάποια βλάβη στο σύστημα
τροφοδοσίας καυσίμου που έχει ως αποτέλεσμα την ύπαρξη πολύ πλούσιου
μίγματος για μεγάλο χρονικό διάστημα. Στην περίπτωση αυτή η άκαυστη βενζίνη
περνάει στον καταλύτη όπου καίγεται
και καταστρέφει το πλέγμα. Μικρότερη είναι η πιθανότητα να καταστραφεί από
μολυβδωμένη βενζίνη, μιας και στο στόμιο του ρεζερβουάρ ενός καταλυτικού
δεν ταιριάζει το στόμιο της μάνικας της μολυβδούχας βενζίνης (π.χ. super).
Υπό φυσιολογικές συνθήκες η απόδοση του καταλύτη μειώνεται προοδευτικά με
τα χρόνια λόγω των επικαθίσεων στο μεταλλικό πλέγμα. Αυτό έχει ως
αποτέλεσμα να μην έρχεται σε επαφή ο καταλύτης με τα καυσαέρια, οπότε να μη
δημιουργούνται οι απαραίτητες χημικές αντιδράσεις που μειώνουν τους
επικίνδυνους ρύπους. Το αν ο καταλύτης λειτουργεί ικανοποιητικά ή όχι
μπορεί να εκτιμηθεί έμμεσα μόνο με τη μέτρηση των εκπεμπόμενων καυσαερίων.
Ακόμα όμως και στην περίπτωση που τα επίπεδα των εκπομπών είναι υψηλότερα
από τα επιτρεπόμενα αυτό δε σημαίνει ότι φταίει απαραίτητα ο καταλύτης και
όχι η δυσλειτουργία κάποιου εξαρτήματος του κινητήρα, όπως ο αισθητήρας
«λ».
Στις Η.Π.Α. τα μοντέλα μετά το 1996 θα πρέπει να είναι εφοδιασμένα με
καταλύτες οι οποίοι θα αντέχουν τουλάχιστον 100.000 μίλια (160.000
χιλιόμετρα). Όσον αφορά την ανακύκλωση των χρησιμοποιημένων καταλυτών, αυτή
επικεντρώνεται στην εξαγωγή των πολύτιμων ευγενών μετάλλων που περιέχονται
στο κεραμικό πλέγμα (πλατίνα, παλλάδιο και ρόδιο) και στο μεταλλικό
περίβλημα του καταλύτη.

Ο αισθητήρας «λ»

Η εφαρμογή των πρώτων τριοδικών καταλυτών στις αρχές της δεκαετίας του ?80
στις Η.Π.Α. έγινε δυνατή με τη χρήση του αισθητήρα οξυγόνου ή αισθητήρα
«λ». Ο αισθητήρας αυτός αποτελείται από ένα στέλεχος από κεραμικό υλικό, το
οποίο, όταν φτάσει σε υψηλή θερμοκρασία, δημιουργεί μια τάση στους
ακροδέκτες του ανάλογα με την περιεκτικότητα των καυσαερίων σε οξυγόνο, η
οποία συνήθως κυμαίνεται μεταξύ 50-950 mV. Στην περίπτωση αυτή η τάση
50-450 mV αντιστοιχεί σε περίσσεια οξυγόνου (πτωχό μίγμα) ενώ η τάση
450-950 mV σε έλλειψη οξυγόνου (πλούσιο μίγμα). Την ένδειξη αυτή
χρησιμοποιεί η μονάδα διαχείρισης του κινητήρα για να ρυθμίσει ανάλογα το
χρόνο λειτουργίας των μπεκ ψεκασμού και να κάνει το μίγμα του καυσίμου πιο
πλούσιο ή πιο πτωχό. Οι σύγχρονοι αισθητήρες «λ» είναι θερμαινόμενοι, μέσω
μιας ηλεκτρικής αντίστασης έτσι, ώστε να ενεργοποιούνται γρηγορότερα και να
αντιδρούν ταχύτερα κατά την κρύα εκκίνηση.