Jak funguje katalyzátor

10. 5. 2022 4 min. čtení Tipy a rady

Je to jako zázrak. Postavíte do cesty výfukovým plynům takovou divnou mřížku a to, co do ní vstupuje, je úplně jiné, než to, co vystupuje. Takový je katalyzátor.

Jak funguje katalyzátor

Nedávno jsme vám prozradili zajímavou věc. Z motoru vychází CO a z výfuku pak CO2. Proč? No protože je tu katalyzátor. Věcička, která změnila běh lidských dějin. Doslova. My už o něm psali. Byl to takový kratší článek s povšechnými informacemi, ale pro zorientování samozřejmě stačí. Ovšem teď ještě jednou - něco pro petrolheady, technicky zaujaté, šťouraly apod.

Dvě hřiště

Z výfuku odchází spaliny. Ovšem takové, jaké se nám nelíbí. Jsou prudce jedovaté, nechceme je, protože to je jako stříkat si do nosu místo léků na rýmu aceton. Nic pěkného. Takové CO v garáži je opravdu ošklivá věc. A tak technici přemýšleli, jak udělat, aby ošklivé věci přeměnili na ne tak ošklivé. A přišli na to, že postaví takzvaný katalyzátor. Ten funguje jen za tepla (cca 300 °C), protože dochází k takzvaným endotermickým reakcím, což znamená, že tyto reakce potřebují pro svůj průběh teplo. Teplo je energie. Takže dodejte energii a vazby se hroutí a spojují.

Vědci přišli na to, že na takzvaném katalyzátoru (jde o synonymum, kdy katalyzátor je zde brán jako látka, na které probíhá katalýza) se za účasti tepla právě vazby mezi látkami přerušují a zase vytvářejí. Katalytické látky mohou být různé.

- Platina, rhodium, palladium – to jsou katalyzátory oxidační, tedy zvyšující počet kyslíků ve vazbách
- Wolfram – katalyzátor redukční, snižující počet kyslíků ve vazbách

Materiály ale musí být naneseny na velké ploše, aby mohly všechny problematické látky upravit. Když řekneme, že je tak velká, jako dvě fotbalová hřiště, asi nebudete věřit. Nikdo si moc nedokáže představit, jak je možné do nádoby ve výfuku vměstnat dvě hřiště. A přece je to pravda. Jemná voština, vypadající jako včelí plástev má velmi velký povrch.

Co se tu děje?

Jak jsme říkali – jde o oxidačně redukční systém. Tedy v případě takzvaného třícestného katalyzátoru. Dříve byly jen dvoucestné, ale to trvalo jen chvíli, protože bylo zapotřebí redukovat i další díl emisí, a to konkrétně oxidy dusíku. Třícestný tak zvládne hned několik úprav chemických vazeb najednou. Začneme těmi oxidačními:

2 CO + O2 -> 2 CO2
Zde za účasti kyslíku oxiduje oxid uhelnatý a vzniká oxid uhličitý.

H4C2 + 3O2 -> 2CO2 + 2H2O
Tady je to složitější. Těch uhlovodíků se dostává ze spalovacího prostoru víc. Ovšem tohle je taková základní oxidační rovnice, při které vzniká oxid uhličitý a voda.

Redukční pak najdeme u snahy omezení oxidů dusíku.
C + NO2 -> CO2 + 2NO
CO + NO ->CO2 + ½ N2
H2 + NO -> H2O + ½ N2
2CO + NO2 -> 2CO2 + ½ N2

Chemických vazeb se zde spojuje a rozpojuje mnohem víc. Ovšem tyto jsou nejzásadnější.

Jak funguje katalyzátor - chemické vazby

Zásadní je vzduch

Jak jsme už řekli, je zapotřebí teplo. Teplo je důležité, ale takovému výfuku docela dlouho trvá, než se zahřeje. A tak se katalyzátory rozdělily a je jeden menší předřazený, který redukuje hned po nastartování a pak velký, který funguje u zahřátého motoru. Je také dobré vědět, že vysoká teplota katalyzátorům nesvědčí. Takže když přesáhne jistou mez, začne se voština spékat a saze, které prochází skrz, se napečou na paladium a celé se to zanese. A pak třeba shoří.

Jak funguje katalyzátor - vysoká teplota a vzduch

Další důležitou věcí u katalyzátorů je vzduch. Toho je zapotřebí samozřejmě hodně. U oxidačních rovnic je prakticky jedno, pokud ho není akorát. Ovšem u redukčních reakcí je zapotřebí, aby za výfukem byl stále dostatek vzduchu a jeho lambda byla rovna jedné. Takže se do výfuku instalují senzory, které sledují poměr vzduchu ve výfukových plynech – lambda sondy.

Když katalyzátor nestačí

Jenže tu byl problém, že oxidy dusíku u naftových motorů byly příliš vysoké i přes katalytickou redukci. A tak se začala používat selektivní katalytická redukce, kdy se do výfuku začala vstřikovat látka, která rozpad oxidů dusíku podporuje. Touto látkou je AdBlue, většinou se pod tímto názvem skrývá močovina ((CO(NH2)2). Ale nemusí to být jen ona – může to být třeba čpavek (NH4OH) nebo amoniak (NH3). S močovinou pak je reakce taková:
3NO + CO(NH2)2 -> 5/2N2 + 2H2O + CO2
3NO + 2CO(NH2)2 -> 7/2N2 + 4H2O + 2CO2

Zdroj info: Prof. Ing. Jan Macek, DrSc., Ing. Bohuslav Suk, CSc, - Spalovací motory I; ČVUT FSI, 2000 O. Beneš, B. Dobrovolný – Automobil pro každého. Zdroj médií: ResearchGate, Magna, SFGate.

Podobné články