ΚΑΤΑΛΥΤΕΣ ΣΤΑ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΑ

Παρουσίαση με θέμα: "ΚΑΤΑΛΥΤΕΣ ΣΤΑ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΑ"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 ΚΑΤΑΛΥΤΕΣ ΣΤΑ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΑ

2 ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΑ Τα σημερινά αυτοκίνητα λειτουργούν με την αναλογία μίγματος αέρα και βενζίνης, με την οποία εξασφαλίζεται η μέγιστη οικονομία και η καλύτερη απόδοση της μηχανής. Ταυτόχρονα, παράγεται μεγάλη ποσότητα ατμοσφαιρικών ρύπων. Οι ατμοσφαιρικοί αυτοί ρύποι προκαλούν κατά κύριο λόγο το φωτοχημικό νέφος, που τόσο έχει ταλαιπωρήσει τα τελευταία χρόνια τους κατοίκους των μεγαλουπόλεων. Σε πολλές περιοχές της Γης υπάρχει δυσανάλογα μεγάλος αριθμός αυτοκινήτων σε σχέση με τον πληθυσμό τους.

3 Τα καυσαέρια των αυτοκινήτων
Τα καυσαέρια των αυτοκινήτων αποτελούνται κυρίως από άζωτο (N2), οξυγόνο (Ο2), διοξείδιο του άνθρακα (CO2), υδρατμούς (Η2Ο), άκαυστους υδρογονάνθρακες οξείδια του αζώτου(ΝΟ, ΝΟ2). διοξειδίου του θείου (SO2). Απ’ αυτά σχετικά αδρανή (μη τοξικά) είναι τα Ν2, Ο2, Η2Ο και CO2, ενώ τα ΝΟ, ΝΟ2, CO, SO2 και οι άκαυστοι υδρογονάνθρακες, που προκαλούν αρνητικές επιπτώσεις στο περιβάλλον.

4 Καυσαέρια αυτοκινήτου

5 ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΟΙ ΡΥΠΟΙ
Είναι   ουσίες που με την παρουσία τους  προκαλούν αρνητικές  επιπτώσεις στο περιβάλλον (βιοτικό και αβιοτικό). Περιβαλλοντικοί ρύποι  αποτέλεσμα καύσεων: Το διοξείδιο του άνθρακα (διοξείδιο του άνθρακα CO2 προκαλεί το φαινόμενο θερμοκηπίου. Δημιουργεί ατμόσφαιρα θερμομόνωσης και με αυτό τον τρόπο αυξάνεται η μέση θερμοκρασία της Γης και προκαλούνται  μεταβολές στο κλίμα. 

6 Μη τοξικά αέρια Άζωτο (Ν2) Εκτός από το ότι είναι το κύριο συστατικό του αέρα που αναπνέουμε (79%), είναι επίσης χημικά αδρανές (δεν μπορεί να αντιδράσει με άλλα στοιχεία). Σε αυτήν την κατάσταση, βγαίνει από την εξάτμιση χωρίς να έχει υποστεί καμία απολύτως αλλαγή, εκτός από ένα μικρό ποσοστό το οποίο έχει μετατραπεί σε οξείδιο του αζώτου (ΝΟΧ), εξαιτίας της υψηλής θερμοκρασίας και πίεσης που επικρατεί μέσα στο θάλαμο καύσεως. Οξυγόνο (Ο2) Το αέριο αυτό είναι απολύτως απαραίτητο για να γίνει η καύση. Είναι το δεύτερο κύριο συστατικό του αέρα, σε ποσοστό περίπου 21%. Σε μια ιδανική αναλογία , δεν θα έμενε καθόλου οξυγόνο από την καύση, η οποία στην περίπτωση αυτή θα ήταν τέλεια. Καθώς αυτό δεν είναι δυνατόν, υπάρχει ένα υπόλοιπο οξυγόνου στα καυσαέρια, περίπου 0.6%. Αν το μίγμα που χρησιμοποιείται είναι πολύ πλούσιο, τότε το επίπεδο του οξυγόνου μειώνεται, αλλά ποτέ δεν μηδενίζεται. Αντίθετα, εάν το μίγμα είναι φτωχό, η ποσότητα οξυγόνου στα καυσαέρια αυξάνεται σημαντικά. Υδρατμοί (Η2Ο) Όπως έχουμε ήδη σημειώσει, το νερό είναι ένα προϊόν της καύσης. Σε αυτό οφείλεται ο λευκός καπνός που βλέπουμε να βγαίνει από την εξάτμιση, ιδίως τις κρύες μέρες. Οι ατμοί του νερού συμπυκνώνονται (ψύχονται) κατά μήκος της εξάτμισης καθώς η θερμοκρασία των καυσαερίων μειώνεται και σχηματίζουν τα χαρακτηριστικά σταγονίδια νερού που βλέπουμε στην έξοδο των εξατμίσεων των αυτοκινήτων. Διοξείδιο του άνθρακα (CO2) Όπως και οι υδρατμοί, το διοξείδιο του άνθρακα υπάρχει πάντοτε όταν γίνεται καύση. Αν και το αέριο αυτό δεν είναι τοξικό, είναι εμμέσως βλαβερό για την ατμόσφαιρα, όταν συναντάται σε συγκεντρώσεις μεγαλύτερες της κανονικής. Όταν η ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα που υπάρχει στην ατμόσφαιρα είναι μεγαλύτερη από εκείνη που πρέπει, τα φυτά δεν μπορούν να την απορροφήσουν και να την μετατρέψουν σε οξυγόνο. Τότε η ισορροπία της φύσης διαταράσσεται, οδηγώντας στο περίφημο “φαινόμενο του θερμοκηπίου” δηλαδή στην άνοδο της θερμοκρασίας του πλανήτη και σε διάφορες απρόβλεπτες κλιματολογικές μεταβολές.

7 Τοξικά αέρια Ο κατάλογος των βλαβερών ουσιών που υπάρχουν στα καυσαέρια είναι εξαιρετικά μακρύς, όπως είναι και η ποικιλία υδρογονανθράκων και πρόσθετων ουσιών που υπάρχουν στη βενζίνη. Υπάρχει επίσης μια ποικιλία σύνθετων (περίπλοκων) χημικών αντιδράσεων οι οποίες πραγματοποιούνται ταυτόχρονα με την καύση των υδρογονανθράκων. Υδρογονάνθρακες που δεν καίγονται CνHμ (παραφίνες, ολεφίνες, αρωματικοί υδρογονάνθρακες). Υδρογονάνθρακες που καίγονται μερικώς CνHμCHO (αλδεϊδες) CνHμCO (ακετόνες) CνHμCOOH (καρβοξύλιο) CO (μονοξείδιο του άνθρακα)

8 Τοξικά αέρια Προϊόντα της θερμικής διάσπασης του πετρελαίου και λοιπά παράγωγα C2H2 (ασετιλίνη) C2H4 (αιθυλένιο) Η2 (υδρογόνο) πολυκυκλικοί υδρογονάνθρακες κλπ. Προϊόντα της καύσης από ατμοσφαιρικό άζωτο ΝΟ, ΝΟ2 (οξείδια του αζώτου) από πρόσθετες ουσίες στα καύσιμα (οξείδια του μολύβδου κλπ.) από ακαθαρσίες στα καύσιμα (οξείδια του θείου) Εκτός από αυτά, με την βοήθεια του ηλιακού φωτός παράγονται από τα καυσαέρια και τα ακόλουθα προϊόντα καύσης : οργανικά υπεροξείδια όζον κλπ. Υπεροξείδια, ακετυλικά παράγωγα, νιτρώδη

9 Το μονοξείδιο του άνθρακα
Το μονοξείδιο του άνθρακα (CO),  ο αποκαλούμενος σιωπηλός δολοφόνος» (είναι άχρωμο άοσμο άγευστο) δεσμεύει την αιμογλοβίνη του αίματος και έτσι εμποδίζει τη μεταφορά του αίματος στους ιστούς, προκαλώντας το θάνατο.  

10 Τα οξείδια του αζώτου ΝΟ, ΝΟ2
Τα οξείδια του αζώτου ΝΟ, ΝΟ2 Τα οξείδια του αζώτου (ΝΟ, ΝΟ2    πλην του φωτοχημικού νέφους  προκαλούν την όξινη βροχή  Επίσης προκαλούν το σχηματισμό όζοντος   στα χαμηλά στρώματα της ατμόσφαιρας    (τροπόσφαιρα).

11 ΚΑΤΑΛΥΤΕΣ "Οι καταλύτες είναι ουσίες που επιταχύνουν μία χημική αντίδραση χωρίς οι ίδιοι να παθαίνουν καμιά αλλοίωση. "Οι στερεοί καταλύτες, για να είναι αποτελεσματικοί, πρέπει να έχουν όσο το δυνατόν λεπτότερη μορφή κόκκων, ώστε να παρουσιάζουν μεγίστη επιφάνεια.

12 ΚΑΤΑΛΥΤΙΚΟΣ ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΑΣ
ΚΑΤΑΛΥΤΙΚΟΣ ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΑΣ Συσκευή που περιέχει καταλύτες οι οποίοι επιταχύνουν τις χημικές αντιδράσεις για την μετατροπή των επικίνδυνων ρύπων σε αβλαβή για την ατμόσφαιρα καυσαέρια.

13 ΚΑΤΑΛΥΤΙΚΟΣ ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΑΣ
ΚΑΤΑΛΥΤΙΚΟΣ ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΑΣ

14 Συνήθως αναφέρεται ως “κεραμικός μονόλιθος”
Συνήθως αναφέρεται ως “κεραμικός μονόλιθος”. Κατασκευάζεται από κορδίτη, ο οποίος βρίσκεται σε εύπλαστη κατάσταση, σε κυψελοειδή μορφή με 400 κανάλια ανά τετραγωνική ίντσα και πάχος τοιχώματος 0.15mm. Με δεδομένη τη λεπτότητα των τοιχωμάτων, το μπροστινό μέρος που είναι ανοικτό στη ροή των καυσαερίων υπερβαίνει το 70% της συνολικής επιφάνειας, για αυτό και η αντίθλιψη είναι πολύ μικρή. Αυτό το εσωτερικό υλικό χρησιμοποιείται στους περισσότερους καταλυτικούς μετατροπείς.

15 ΔΡΑΣΗ ΚΑΤΑΛΥΤΩΝ –– ΚΑΤΑΛΥΤΙΚΟΣ ΚΑΤΑΛΥΤΙΚΟΣ
ΔΡΑΣΗ ΚΑΤΑΛΥΤΩΝ –– ΚΑΤΑΛΥΤΙΚΟΣ  ΚΑΤΑΛΥΤΙΚΟΣ Το μονοξείδιο του άνθρακα καίγεται προς διοξείδιο του άνθρακα Τα υπολείμματα από άκαυστους υδρογονανθρακες καίγονται προς διοξείδιο του άνθρακα. Τα οξείδια του αζώτου (ΝΟ, ΝΟ 2 ) ανάγονται διασπώμενα προς άζωτο και οξυγόνο.

16 μικρογραφία της διατομής σε ένα κεραμικό επικαλυμμένα με ένα φιλμ αλουμίνας

17 Μετατροπή του CO CO οξείδωση: CO +1/2  CO2 CO +H2O  CO2 + H2

18 Απομάκρυνση των υδρογονανθράκων
Οξείδωση υδρογονανθράκων: CxHy + O2  XCO2 + y/2 H2O για παράδειγμα: Η αναμόρφωση ατμού:

19 Αφαίρεση του NO CO + NO αντίδραση αναγωγής: CO +2NO  CO2 +N2
ή με υδρογόνο: NO +H2  N2 +H2O

20 1985 υποχρεωτικοί καταλύτες

21 Απόδοση καταλύτη με την ταχύτητα του αυτοκινήτου

22 Δραστηριότητα ενός τριοδικός καταλύτης για την ταυτόχρονη μετατροπή του CO (μαύρο), οξειδίων του αζώτου (στερεά πράσινο) και το προπένιο υδρογονανθράκων (C3H6) (πράσινη διακεκομμένη)

23 Μέτρηση καυσαερίων στα αυτοκίνητα

24 ΓΙΑΤΙ ΑΜΟΛΥΒΔΗ; Ο μόλυβδος σχηματίζει κράματα με τα ευγενή μέταλλα (π.χ. Pt και Pd). Έτσι ο καταλύτης δηλητηριάζεται (απενεργοποιείται) Ο μόλυβδος φράζει τους διαύλους του κεραμικού υποστρώματος πάνω στο οποίο βρίσκεται ο καταλύτης (τα ευγενή μέταλλα) . Έτσι, τα μόρια των καυσαερίων δεν βρίσκουν το δρόμο τους προς τον καταλύτη.

25 Δηλητηρίαση από μόλυβδο
Η κατανάλωση ενός γεμάτου ρεζερβουάρ βενζίνης με μόλυβδο, μπορεί να επηρεάσει σημαντικά την αποτελεσματικότητα του καταλύτη, χωρίς όμως η ζημιά να είναι ανεπανόρθωτη. Δύο ή τρία γεμάτα ρεζερβουάρ με μολυβδούχο βενζίνη θα προκαλέσουν μόνιμη καταστροφή. Από τη στιγμή που ο καταλύτης δηλητηριαστεί από μόλυβδο, δεν θα εκτελεί τον σκοπό της λειτουργίας του δηλ. την αφαίρεση των ρυπαντών, αν και η απόδοση του αυτοκινήτου δεν θα επηρεαστεί αρχικά,. Ο μόλυβδος στην εξάτμιση μπορεί να ανιχνευθεί με την βοήθεια ενός χημικά επεξεργασμένου χαρτιού το οποίο ακουμπάμε στις αποθέσεις που σχηματίστηκαν είτε στο σύστημα εξάτμισης είτε στον καταλύτη. Αυτό το χαρτί, υποδεικνύει την παρουσία μόλυβδου αλλάζοντας χρώμα.

26 μοντέλα για την προσρόφηση του CO σε Pd και Ο σε Pd

27 Επίδραση της χρήσης βενζίνης με μόλυβδο
Επίδραση της διαλείπουσας χρήσης βενζίνης με μόλυβδο (μαύρα σημεία) για την αποτελεσματικότητα καταλύτη (για μια τυπική τριοδικός καταλύτης) για τη μετατροπή της (α) CO (β) HC και (γ) των NOx.

28 μονοξείδιο του άνθρακα
Ο πρώτος ρύπος που μετρήθηκε ποτέ στην αυτοκινητοβιομηχανία ήταν το μονοξείδιο του άνθρακα (CO) την δεκαετία του 1970. Αργότερα θεσπίστηκαν όρια για τις εκπομπές των άκαυστων υδρογονανθράκων (HC), των οξειδίων του αζώτου (ΝΟx) και πολύ πιο μετά την δεκαετία του 1990 όρια για τις εκπομπές μικροσωματιδίων(Particulate Matter ή PM) στα πετρελαιοκίνητα.

29 διοξείδιο του άνθρακα το διοξείδιο του άνθρακα (CO2) δεν χαρακτηρίζεται ως ρύπος αλλά ως αέριο που ευθύνεται για το φαινόμενο του θερμοκηπίου. Για αυτό το λόγο η Κομισιόν σε συνεργασία με τον ACEA προσπαθούν να μειώσουν τις εκπομπές του περιορίζοντας σταδιακά τον μέσο όρο CO2 κάθε εταιρικού στόλου στα 130 γραμμ./χλμ. από το 2012 έως το 2015.

30 Όρια ρύπων

31 Κάρτα Ελέγχου Καυσαερίων
τα μισά αυτοκίνητα Ι.Χ. δεν έχουν Κάρτα Ελέγχου Καυσαερίων ή δεν την ανανεώνει. Ο νόμος βέβαια προβλέπει ως υποχρεωτική την έκδοση της Κάρτας και μάλιστα σε περίπτωση που κάποιος οδηγός δεν την επιδεικνύει όταν ζητείται το πρόστιμο φτάνει τα 150 ευρώ και στην ποινή προστίθεται και αφαίρεση των πινακίδων.

32 ΚΤΕΟ Από τα συμβατικής τεχνολογίας Ι.Χ. το 40%, δηλαδή περί τις , εκπέμπει καυσαέρια πάνω από τα επιτρεπτά όρια. Αλλες υπολογίζονται και τα καταλυτικής τεχνολογίας που είναι επίσης επικίνδυνα για το περιβάλλον. Σε ορισμένες περιπτώσεις χρειάζονται, όπως φαίνεται, γενναίες παρεμβάσεις για να διορθωθεί το πρόβλημα. Το 5% των αυτοκινήτων που περνούν από ΚΤΕΟ «κόβονται» εξαιτίας των καυσαερίων

33 Προβλήματα από την ηλικία και την συντήρηση των αυτοκινήτων
τα Ι.Χ. που έχουν ηλικία μεγαλύτερη των 6 χρόνων είναι προβληματικά σε ό,τι αφορά τις εκπομπές καυσαερίων σε ποσοστό 23%. το ποσοστό των νεότερης ηλικίας αυτοκινήτων με υπερβολικές εκπομπές καυσαερίων. Ξεπερνά το 7,5%. Το στοιχείο αυτό βάζει σε σκέψεις για την κατάσταση του καταλύτη

34 Και τα αεροπλάνα; Χονδρικά σε κάθε επιβάτη που βγάζει εισιτήριο για Αθήνα-Λονδίνο-Αθήνα αντιστοιχούν περίπου 600 κιλά CO2...

35 Τι γίνεται με τα πλοία

36 οι εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα από την παγκόσμια ναυτιλία για το 2007 έφτασαν στους 843 εκατ. τόνους, που αντιστοιχεί στο 2,7% των παγκόσμιων εκπομπών CO2 που διαχέονται στην ατμόσφαιρα Έχει αποφασιστεί η μείωση της περιεκτικότητας του θείου στο 3,5% (από 4,5% που ίσχυε από το 1997) από την 1η Ιανουαρίου του 2012 και στο 0,5% από 1ης Ιανουαρίου Σε ειδικές περιπτώσεις (SECAs) η μείωση θα φτάσει σταδιακά στο 0,1% μέχρι το 2015, από 1,5% που ισχύει τώρα.