کاتالیزور چیست و از چه موادی تشکیل شده است؟
در علم شیمی، کاتالیزورها مواد شیمیایی هستند که سرعت واکنش شیمیایی را بالا می‌برند. در سال‌های ابتدای قرن، با رواج استفاده از خودروها و رونق صنعت خودروسازی، نیاز به ایجاد سیستمی برای کاهش آلودگی‌های ناشی از سوخت بد و بی‌کیفیت احساس می‌شد.
پس شرکت‌های تحقیقاتی و خودور‌سازی دست به کار شدند تا راه حلی برای این معضل پیدا کنند و قطعه‌ای بسازند که بتواند این نیاز را برطرف کند. اولین کاتالیزورها در دهه ۶۰ میلادی در آمریکا تولید شده و به بازار عرضه شدند. اما این کاتالیزورها عملکرد خوبی نداشتند. با پیشرفت تکنولوژی و صنعت، و رواج استفاده از خودروها، آلودگی هوا و محیط زیست نیز افزایش یافت. دولت‌های زیادی برای کاستن از آسیب‌های جبران ناپذیر به محیط زیست، استفاده از کاتالیزورها را برای تمامی خودروها الزامی کردند. این الزام باعث رشد بیشتر تحقیق و بررسی، در زمینه ساخت کاتالیزورهای کارآمد با پایداری بهتر شد.
کاتالیزورها، قسمتی از سیستم سوخت خودرو هستند که با پالایش گازهای سمی تولید شده در خودرو، از آسیب بیشتر به محیط زیست جلوگیری می‌کنند. کاتالیست‌ها معمولا از فلزات گرانبهایی مانند پالادیوم، رودیوم، پلاتین ساخته می‌شوند. این فلزات به شکل نانو ذرات، بر روی بستری از سرامیک تعبیه شده‌اند، که با گازهای آلاینده واکنش شیمیایی نشان می‌دهند و آن‌ها را تبدیل به گازهای بی‌خطرتر می‌کنند.
عملکرد کاتالیزور خودرو
در موتور خودروها و سیستم سوخت‌رسانی، با احتراق سوخت مصرفی خودرو، طی فرایندهایی، علاوه بر انرژی و گرما، مواد و گازهای ناخواسته‌ای نیز شکل می‌گیرند. این گازها، به شدت سمی و آلاینده هستند. کاتالیزورها، در اگزوز و بر سر راه خروج دود و گازهای سمی قرار می‌گیرند و با واکنش نشان دادن به این مواد سمی و آلوده کننده، آن‌ها را به گازهای بی‌خطر تبدیل می‌کنند. در ادامه این مقاله از سایت داسکو به آشنایی کامل با کاتالیزور می‌پردازیم.
کاتالیزور در کدام قسمت خودرو قرار دارد؟
کاتالیزورها در مسیر اگزوز قرار می‌گیرند و در معرض گرمای زیادی هستند. محل دقیق قرارگیری کاتالیزورها در خودرو معمولا، در جلوی خودرو در نزدیکی موتور و قبل از منیفولد دود است.
اجزاء تشکیل دهنده کاتالیزور کدامند؟
کاتالیزورهای خودرو از اجزاء مختلفی تشکیل شده است که در ادامه آن‌ها را معرفی خواهیم کرد.
هسته کاتالیست: هسته کاتالیزورها در بیشتر موارد از سرامیک‌های مونولیتی (نوعی از سنگ‌های ترکیبی) به شکل لانه زنبوری ساخته می‌شوند.
- لایه اسیدی: این لایه معمولا از جنس‌های شامل اکسید آلومینیوم، دی اکسید آلومینیوم، دی اکسید تیتانیوم، دی اکسید سیلیکون ساخته می‌شود.
- ماده کاتالیست: ماده کاتالیست معمولا از فلزات قیمتی مانند پالادیوم، رادیوم، پلاتین، کادمیوم ساخته می‌شود. اما برای مقرون به صرفه بودن آن از فلزهای رایج‌تری مانند پالادیوم و رادیوم استفاده می‌کنند.
چند نوع کاتالیست داریم؟
کاتالیست یا همان کاتالیزور، را به انواع مختلف تقسیم می‌کنند، اما رایج‌ترین تقسیم‌بندی، آن‌ها را به دو دسته دوطرفه و سه‌طرفه تقسیم می‌کند.
- کاتالیزور دوطرفه: این نوع کاتالیزورها معمولا برای خودروهای دیزلی استفاده می‌شوند و دو وظیفه بر عهده دارند. ۱) تبدیل مونوکسید کربن به دی‌اکسید کربن. ۲) تبدیل هیدروکربن‌های نسوخته به آب و دی‌اکسید کربن.
- کاتالیزور سه‌طرفه: کاتالیزورهای سه‌طرفه استفاده بیشتری دارند و سه دسته از آلاینده‌ها را پالایش می‌کنند. این آلاینده‌ها عبارتند از تبدیل اکسیدهای ازت به نیتروژن و اکسیژن، تبدیل مونوکسید کربن به دی‌اکسید کربن و تبدیل هیدروکربن‌های نسوخته به آب و دی‌اکسید کربن.
هر خودرو چند کاتالیزور دارد؟
هر خودرو معمولا یک کاتالیزور دارد، اما خودروهایی با دو سیستم اگزوز، قاعدتا از دو کاتالیزور استفاده می‌کنند. هر کاتالیزور برای یک سیستم اگزوز به کار می‌رود.
رابطه کاتالیزور و مصرف سوخت چیست؟
کاتالیزورها ربط منطقی‌ای با مصرف سوخت ندارند، اما با پالایش گازهای سمی مانند هیدروکربن‌ها، اکسید نیتروژن و مونوکسید کربن، باعث کاهش آلودگی هوا می‌شوند. البته باید این نکته را متذکر شد که وجود کاتالیزور به خودی خود باعث کاهش یا افزایش مصرف سوخت نمی‌شوند، اما اگر کاتالیزور دچار گرفتگی و انسداد بشود، شتاب خودرو کم شده و راننده به ناچار فشار بر پدال گاز را افزایش می‌دهد، پس مصرف سوخت افزایش پیدا می‌کند.
آیا کاتالیست‌ها قابل تعمیر هستند؟
تعمیر کاتالیزور نسبت به تعویض آن هزینه کمتری دارد، اما بسته به شدت آسیب ممکن است این قطعه قابلیت تعمیر نداشته باشد.
علل خرابی کاتالیزورها
با توجه به ماهیت حساس و ساختار شکننده کاتالیزورها، بعد از ضربه‌های فیزیکی شدید، گرفتگی منافذ یکی از مهم‌ترین علل خرابی این قطعه است. به علاوه کاتالیزورها در برابر گرمای زیاد حساس هستند، اگر دما در این قطعه، از میزان مجاز تعیین شده افزایش یابد، باعث خرابی و از بین رفتن خاصیت آن می‌شود. در بررسی‌های انجام شده، مشخص شده‌است که یکی از مهم‌ترین علت‌ها در خرابی کاتالیزور، عملکرد بد موتور است. اما باید توجه ویژه‌ای نیز به سنسور اکسیژن داشت. در هنگام تصادف‌های شدید رانندگی، در صورت آسیب به اگزوز، حتما از سلامت سیستم خروج دود، مخصوصا کاتالیزور مطمئن شوید، احتمال خرد شدن آن می‌رود. در بررسی‌های دوره‌ای، حتما از سلامت کاتالیزور و عملکرد صحیح آن اطمینان حاصل کنید.
علائم بد کار کردن کاتالیست
در بیشتر موارد که کاتالیست‌ها دچار انسداد می‌شوند و عملکردشان پایین می‌آید، نشانه‌هایی برای تشخیص آن وجود دارد. اگر موتور خودرو کند کار می‌کند و یا خودرو شتاب مناسبی ندارد، یکی از احتمالات می‌تواند خرابی یا گرفتگی در کاتالیزور باشد. گرمای زیاد، بوی فاسد و خروج دود از اگزوز، همه نشانه گرفتگی کاتالیزور هستند.
زمان تعویض کاتالیزور
در حالت عادی کاتالیزورها حدودا تا ۱۰ سال دوام می‌آورند. اما مانند سایر لوازم و قطعات مصرفی خودرو، تعیین زمان دقیق تعویض به عوامل متعددی نظیر تنظیم موتور و نحوه رانندگی بستگی دارد. معمولا طبق توصیه متخصصان، بهتر است هر ۸۰ هزار کیلومتر، کاتالیزور خودرو را بررسی و هر ۱۰۰ هزار کیلومتر آن را تعویض کنید.
آیا پاک کننده‌های کاتالیست کار می‌کنند؟
استفاده از مکمل‌های تمیز کننده کاتالیست، یک راه‌کار موثر برای جلوگیری از انسداد کاتالیزورها است. این پاک کننده‌ها رسوبات کربنی و ذرات آلاینده را به خوبی تمیز می‌کنند و زمان تعویض کاتالیزور را به تاخیر می‌اندازند.
- مقرارت بین‌المللی:
از سال ۱۹۷۵ قانون استفاده از کاتالیزورها به منظور کاهش آلودگی خودروها در آمریکا تصویب شد، اما این قانون در اروپا از سال ۱۹۹۳ اجرایی شد. اکنون در بیشتر کشورهای جهان استفاده از کاتالیزورها اجباری است. کارخانه‌های خودروسازی موظف هستند که برای تمام خودروهای تولیدی از انواع کاتالیزورهای مناسب استفاده کنند.
- مقررات ایران:
در ایران قانون استفاده اجباری از کاتالیزورها در سال ۱۳۸۱ به تصویب رسید و اجرایی شد. از سال ۱۳۹۱، بررسی عملکرد کاتالیزورها در مراکز معاینه فنی اجباری شد، و اگر کاتالیزور هر خودرویی پس از بررسی از عملکرد صحیحی برخوردار نباشد، برای آن خودرو برگه معاینه فنی صادر نمی شود.
تاثیر کالیست‌ها بر محیط زیست
استفاده از کاتالیزورها در خودرو، عملا باعث کاهش خروج ۹۰ درصدی گازهای آلاینده و سمی از خودرو می‌شود. طبق تحقیقات انجام شده بر روی تاثیرات محیط زیستی مصرف کاتالیزورها، مشخص شده‌است که درصد بالایی از آلاینده‌ها مانند مونوکسید کربن، اکسید نیتروژن، را به گازهای کم خطرتر مانند دی‌اکسید کربن و نیتروژن و اکسیژن تبدیل می‌کنند. پس می‌توان گفت که با استفاده از کاتالیزورها در خودرو، کیفیت هوا بهبود پیدا کرده و از اثرات منفی گازهای سمی و گلخانه‌ای کاسته می‌شود.
نتیجه گیری
کاتالیزورها برای از بین بردن گازهای سمی و تبدیل آن‌ها به گازهای بی‌خطر در سیستم اگزوز خودرو به کار می‌روند. همانطور که گفتیم این مواد برای کمک به سلامت محیط زیست و بهبود کارکرد سنسور اکسیژن به کار می‌آیند.