Katalüsaator: struktuur, funktsioonid ja probleemid

Katalüsaator

Katalüsaatori (katalüüsneutralisaator) puhul on tegu auto heitgaasisüsteemi osaga, mille eesmärk on vähendada auto heitgaasides sisalduvate keskkonnale ja inimetervisele kahjulike ainete osakaalu. Käesolevas artiklis uurime, mis täpselt on katalüsaatori funktsioon, millised keemilised reaktsioonid selle töötades aset leiavad, millised töötingimused katalüsaatori toimimiseks optimaalsed on ning millised probleemid sellele eelkõige omased on.

Tänapäevaseid ehk kolmefaasilisi katalüüsneutralisaatoreid hakati sõiduautodes kasutama 1970. aastate keskpaigas. Ehkki olemas on ka kahesuunalised katalüsaatorid, siis käesolevas artiklis räägime eelkõige kolmefaasilistest, sest kahefaasilised tänapäeval sisuliselt kasutust ei leia nende vähese tõhususe tõttu. Katalüsaatorite kasutamine sai muutuda üldlevinuks vaid selle tõttu, et just 1970. aastatel hakati mõistma pliid sisaldava autokütuse kahjulikku mõju, mille tõttu selle osakaalu kütuses aja jooksul vähendama hakati. Nimelt on plii kahjulik ka katalüsaatoritele, sest see keemiline element sisuliselt ummistab agregaadi ning vähendab selle kasutamise tõhusust drastiliselt.

Katalüsaator asub auto põhja all

Katalüsaator asub auto põhja all, võrdlemisi summuti lähistel. Tegu on mahutiga, mille mõlemas otsas on toru – ühe toru kaudu on see ühendatud auto mootoriga ning teise otsaga summutiga. Mootorist edastatakse katalüsaatorisse kütuse põlemisel tekkiv heitgaasisegu, katalüsaator puhastab seda ning seejärel väljuvad need gaasid katalüsaatorist teise toru kaudu, kust need juhitakse lõpuks summuti kaudu autost välja.

Katalüsaatori sisemus sugugi tühi

Katalüsaatori sisemus pole aga sugugi tühi. Vastupidi, selle sisemus kujutab endast kärjestruktuuri, mille pinnal toimub katalüüs. Katalüsaatori välispind on kaetud tugevdava metallkorpusega, et vältida seadme kahjustada saamist tees olevate aukude, lenduvate kivide ja muude mehaaniliste löökide mõjul. Katalüsaatori tagumisse otsa ehk siis toru külge, mille kaudu edastatakse katalüsaatori läbinud gaasid summutisse, on tihti paigaldatud sõiduki lambdaandur ehk hapnikuandur, mille ülesandeks on mõõta sõiduki poolt keskkonda paisatavates heitgaasides sisalduva hapniku hulka.

Katalüsaatori tagumisse on tihti paigaldatud sõiduki lambdaandur

Nagu öeldud, on katalüsaatori peamiseks ülesandeks mootorist tulevate heitgaaside puhastamine. Peamised kahjulikud gaasid, millega katalüsaator tegelema peab, on lämmastikoksiid ja süsinikoksiid, lisaks muundab katalüsaator põlemata süsivesinikud süsihappegaasiks ja veeks. Esimene nendest kolmest reaktsioonist on redutseeriv rektsioon ning ülejäänud kaks oksüdeerivad reaktsioonid. Kokku toimub seega katalüsaatoris kolm peamist reaktsiooni, mistõttu nimetataksegi kaasaegseid katalüsaatoreid – nagu juba varasemalt mainitud – kolmefaasilisteks. Nende reaktsioonide tulemusena eemaldatakse auto heitgaasidest suurem osa mainitud äärmiselt ohtlikke ühendeid ning muundatakse need lämmastikuks, hapnikuks, süsihappegaasiks ja veeks (veeauruks). Kuigi ka nende ühendite paiskamine ümbritsevasse keskkonda pole täielikult ohutu, on see siiski oluliselt turvalisem ja keskkonnasõbralikum kui näiteks suurte koguste lämmastikoksiidi keskkonda paiskamine.

Siinkohal olgu mainitud, et aine (katalüsaator), mis katalüüsneutralisaatoris mainitud keemilisi reaktsioone läbi viib, on enamasti kas plaatina, pallaadium või roodium. Katalüüsi käigus püsivad need ained ise muutumatuna ning aatomite restruktureerimine leiab aset katalüsaatorisse juhitud gaasides ja ainetes. Kuna mainitud kolme metalli puhul on tegu väga kallite ainetega ning katalüsaatorite ehituses kasutatakse neid äärmiselt suurel pindalal, pole üldsegi haruldane, et katalüsaatoreid varastatakse. See kipub üldiselt aset leidma aegadel, mil katalüsaatorite turul on nõudlus suurenenud ja pakkumine ei suuda sellele vastata, mistõttu selle agregaadi hinnad tõusevad lakke. Kuna katalüsaatori varguse käigus ei jää te ilma mitte ainult katalüsaatorist endast, vaid peate tõenäoliselt katma ka kulud, mille põhjustavad varguse käigus autole tekitatud kahjustused, on tegu varguse ohvri jaoks rahakotile äärmiselt koormava kuriteoga.

Probleemid, mis sõiduki katalüsaatoriga seoses võivad tekkida

Ehkki katalüütilised konverterid on tõhusaks vahendiks lokaalse õhusaastega võitlemisel, seonduvad nende kasutamisega ka mitmed probleemid. Esitaks on oluline toonitada, et katalüüsmuundur mitte ei kõrvalda heitgaasides olevaid mürgiseid aineid, vaid vähendab nende kogust. Seetõttu pole auto heitgaasid isegi pärast selle seadme läbimist ohutud, vaid reostavad ikkagi keskkonda.

Teiseks tasub arvestada, et ka need gaasid, millest peamiselt auto heitgaasid pärast katalüsaatori läbimist koosnevad, põhjustavad probleeme. Näiteks on süsihappegaas peamine globaalse soojenemise põhjustaja ning tegu on ühtlasi peamise gaasiga, mida autod keskkonda paiskavad. Ehkki see on väikeses koguses ohutu gaas, on see suurtes kogustes keskkonnale äärmiselt koormav. Lisaks tekitavad autod väikeses koguses dilämmastikoksiidi, mis on kasvuhoonegaasina paraku üle 300 korra mõjusam kui süsihappegaas. Katalüütiliste konverterite kasutamine on arenenud tööstusmaades suurendanud märkimisväärselt sealses õhus sisalduva dilämmastikoksiidi hulka.

Kolmandaks probleemiks on tõsiasi, et katalüsaatorid hakkavad toimima alles võrdlemisi kõrgete temperatuuride juures. Kuni umbes 150-kraadise temperatuurini pole katalüsaatorist mingit kasu ning oma täieliku tööpotentsiaalini jõuab see seade alles siis, kui selle temperatuur on tõusnud umbkaudu 350 kraadini. Algsetel katalüütilistel konverteritel kulus ligikaudu 15 minutit, et töötemperatuurini jõuda, tänapäevastel variantidel kulub selleks aga paar minutit. Sellegipoolest tähendab see, et lühikeste autosõitude jooksul (või mistahes autosõidu paari esimese minuti jooksul) on katalüsaator sisuliselt kasutu, mistõttu on selliste autosõitude keskkonnakahjulikkus äärmiselt suur.

Katalüsaatoreid kasutatakse ka diiselmootoriga sõidukite poolt väljapaisatava õhu puhastamiseks, kuid sellised katalüsaatorid on oma ehituselt ning tööpõhimõttelt bensiinimootorite omadest erinevad. Üks põhjusi selleks on asjaolu, et diiselmootoriga sõidukite heitgaasid on madalama temperatuuriga kui bensiinimootoriga sõidukite omad. Diiselsõidukite katalüsaatoris leiab aset vaid kaks oksüdeerivat reaktsiooni, mistõttu eritavad need autod oluliselt enam lämmastikoksiide. Seega kasutatakse selliste sõidukite puhul veel teisigi meetodeid, et keskkonda paisatavat õhku puhastada, näiteks DPF filtrit (diisli kübemefilter), mis aitab heitgaasidest eelkõige tahma eemaldada. Tihti kasutavad diiselmootoreid just suured sõidukid, näiteks tööautod ja erisõidukid, mistõttu kasutatakse nende heitgaaside tõhusamaks puhastamiseks kohati mitut katalüsaatorit, mis on omavahel jadaühenduses.

Lõpetuseks uurime, millised on mõned probleemid, mis sõiduki katalüsaatoriga seoses võivad tekkida. Iseenesestmõistetavalt on nende rikete ilmnemisel ainuõige teguviis esmajärjekorras autotöökotta suunduda, et lasta läbi viia põhjalik diagnostika ja probleem kõrvaldada, sest katalüsaatori rikete ignoreerimine võib viia äärmiselt tõsiste probleemideni ning halvimal juhul võib selle tagajärjeks olla mootori väljavahetamine.

Ehkki seda tuleb harva ette ning peamiselt madalakvaliteedilist kütust kasutades, mis tänapäeval enam väga levinud pole, võib katalüsaatori rikke põhjuseks olla pliid sisaldava kütuse kasutamine. Plii ummistab katalüsaatori ning ei võimalda selle reaktiivainel (katalüsaatoril) läbi viia heitgaaside puhastamiseks vajalikke reaktsioone.

Katalüsaatori rikkeid võib põhjustada ka defektne plokikaanetihend, mille tagajärjena satuvad õli ja/või mootorijahutusvedelik katalüsaatorisse. See omakorda takistab heitgaasidel korrektset katalüsaatori läbimist, mistõttu hakkab mootor välja surema ja loiult töötama.

Katalüsaatori probleeme võib tekitada selle agregaadi mehaaniline kahjustus. Kuna seade asub sõiduki põhja all, on võimalik, et see saab löögi näiteks rataste alt lendu tõusnud kivilt, samuti võib see kahjustada saada takistusest üle sõitmisel.

Probleemne on ka katalüsaatori ülekuumenemine, mis ilmselgelt takistab seadme korrektset tööd ja võib põhjustada selle rikkiminekut. Selle peamisteks põhjusteks võib olla näiteks katkine lambdaandur või süüteküünal.

Lisaks peaksite tähelepanelik olema, kui kuulete auto alt kolisevalt metalset heli: kui katalüsaatori sisimas olev kärgstruktuur saab kahjustada või tuleb lahti, võib see töötava mootori vibratsiooni tulemusel liikuma hakata.

Ning viimaseks – arvestage, et tavaliselt on katalüüsneutralisaatori tootjapoolseks tööeaks antud kümme aastat. Isegi, kui teie sõidukil ei esine peale selle ajaperioodi täitumist otseseid katalüsaatoriga seonduvaid probleeme, on mõistlik see seade aegsasti välja vahetada, et vältida kulukamaid remonditöid tulevikus.

Kommentaarid - 1

  • @user_303587
    04.01.2023 11:20
    Liige

    Kust saab osta kasutatud katalüüsmuundureid?

Teie profiil on teie isiklik assistent

Saate jälgida auto kulutusi, pidada auto logi ja asendusgraafikut, salvestada lemmikmaterjale, märkusi ja dokumente.