¿Qué es un convertidor catalítico de la corriente verde?

El dispositivo elimina el escape del motor del vehículo para ayudar a evitar que el monóxido de carbono y otros gases tóxicos lleguen a los pulmones mientras conducen. También ayuda a reducir la contaminación del aire de los hidrocarburos no quemados y los óxidos de nitrógeno.

El dispositivo a menudo es objeto de robo porque contiene metales preciosos que pueden venderse, según la declaración jurada. Estos metales incluyen paladio y platino, que valen más que el oro.

Por qué convertidores catalíticos

No hay duda de que el smog y otras formas de contaminación del aire son peligrosas para nuestra salud. No es de extrañar que las ciudades, los estados y el gobierno federal hayan aprobado leyes de aire limpio que limitan la cantidad de contaminantes que los automóviles pueden producir. Una de las formas más efectivas de reducir la contaminación del escape del automóvil es mediante el uso de convertidores catalíticos.

Estos convertidores catalíticos de la corriente verde ayudan a disminuir los contaminantes nocivos en las emisiones de un motor al acelerar las reacciones químicas entre el oxígeno y los compuestos tóxicos. Esto permite la conversión de monóxido de carbono, hidrocarburos y óxidos de nitrógeno en vapor de agua menos dañino, dióxido de carbono y gas nitrógeno. El catalizador utilizado en el convertidor catalítico es a menudo metales preciosos como el platino, el rodio y el paladio. Son bastante caros, lo que limita su capacidad de instalarse en la mayoría de los automóviles. También tienden a deteriorarse y desgastarse con el tiempo, lo que requiere reemplazo.

Los dos principales contaminantes reducidos en el convertidor catalítico del vehículo son los óxidos de nitrógeno (nox) y los hidrocarburos no quemados. Los óxidos de nitrógeno se producen por combustión incompleta de gasolina, diesel y otros combustibles fósiles. Los hidrocarburos no quemados son el resultado de la combustión de combustible no quemado en el cilindro del motor.

Para combatir estos problemas, la reacción química en un convertidor catalítico se acelera mediante el uso de metales preciosos como el platino, el rodio y el paladio. Estos metales nobles se incorporan a una estructura de panal cerámica que expone el área de superficie máxima a los gases de escape que fluyen. Esta gran área de superficie permite que la oxidación ocurra a una velocidad mucho más rápida que en la ausencia de estos metales.

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Mientras se produce la reacción de oxidación, las moléculas de NOx se convierten en moléculas inofensivas de nitrógeno y oxígeno. El NOX resultante está atrapado por el filtro del vehículo y se depositan en un tanque de retención para su procesamiento más tarde.

Si bien los convertidores catalíticos de tres vías son la tecnología de última generación, aún requieren que el motor de un automóvil funcione en condiciones de combustión estequiométrica para reducir el NOx. Desafortunadamente, la mayoría de los motores no pueden funcionar en condiciones estequiométricas al comenzar desde un arranque en frío, lo que significa que el Nox generado en el motor no se reduce por el convertidor catalítico.

Material del convertidor catalítico

Hay millones de automóviles en la carretera, y cada uno produce contaminantes nocivos cuando se ejecuta. Estos gases pueden causar estragos en las personas y la naturaleza, especialmente en las ciudades donde la contaminación puede ser particularmente severa. Es por eso que los gobiernos y las compañías de automóviles han trabajado para crear vehículos más limpios y sistemas de combustible que reducen la cantidad de escape dañino que produce cada vehículo. Una de las partes clave de ese sistema es un dispositivo llamado convertidor catalítico, que elimina los productos químicos nocivos del escape del automóvil. El dispositivo en forma de silenciador contiene una estructura de panal recubierta con metales preciosos, y estos metales promueven las reacciones químicas que convierten los humos tóxicos en emisiones menos dañinas.

Las reacciones redox en el convertidor usan oxígeno para descomponer los contaminantes en dióxido de carbono, agua y nitrógeno. Los metales preciosos, como el platino, el paladio y el rodio, actúan como catalizadores para acelerar la reacción, y también evitan que las toxinas venenosas se unan con oxígeno en el escape.

Pero estos metales son caros y raros. Y debido a que son muy críticos para el funcionamiento de un convertidor catalítico, pueden ser extremadamente duros para el medio ambiente. Es por eso que los propietarios de Shops y talleres de reparación de automóviles han comenzado a informar un aumento en los convertidores catalíticos robados.

En Bay Muffler en Mountain View, California, el propietario Chris Walker dijo que reemplaza a unos seis convertidores catalíticos por semana. La mayoría son convertidores de bajo costo, pero también ha visto algunos que tienen un alto precio. Rhodium en particular es muy valioso, y su escasez es probable que impulse el aumento de los robos.

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Para ayudar a abordar el problema, Shirman y sus colegas han desarrollado una nueva forma de producir convertidores catalíticos sin rodio utilizando un material natural con propiedades similares. El enfoque del equipo, que están sometiendo al desafío de innovación del presidente de Harvard, implica sintetizar una sal especial de cerio, manganeso y cobre que puede sustituir a Rodium en un convertidor catalítico automotriz convencional. El equipo también ha probado el catalizador de sal en un convertidor catalítico existente para ver cómo funciona, y planean trabajar con los fabricantes de automóviles para desarrollar un prototipo que sea más barato que los convertidores catalíticos a base de rodio convencionales.

Diseño del convertidor catalítico

En los automóviles, la función principal de un convertidor catalítico es reducir la contaminación del escape al convertir los gases tóxicos en gases seguros. El catalizador hace esto mediante el uso de una mezcla de metales preciosos para acelerar la reacción química que cambia estos gases nocivos a los ilesos. Los metales preciosos utilizados suelen ser platino, paladio y rodio. Los metales preciosos están recubiertos en la superficie de los bloques de cerámica en forma de panal que cuando se calienta por un motor de vehículo crea una reacción química que cambia los contaminantes en gases más seguros.

El proceso que ocurre en el convertidor catalítico se llama catálisis heterogénea. El catalizador en sí es un sólido con alta reactividad que puede unirse con otras moléculas. También tiene un punto de fusión bajo y un punto de ebullición. Esto hace que el catalizador sea más estable que otros compuestos metálicos como el hierro o el níquel.

Hay varios tipos diferentes de convertidores catalíticos, pero dos de los más importantes son el catalizador de oxidación y el catalizador de tres vías. El catalizador de oxidación disminuye contaminantes nocivos como el monóxido de carbono e hidrocarburos dentro del sistema de escape del automóvil al cambiarlos a dióxido de carbono y agua más inofensivos. El catalizador de tres vías disminuye el óxido de nitrógeno e hidrocarburos de combustible no quemado al convertirlos en nitrógeno y oxígeno.

Un convertidor catalítico típico consta de uno o más bloques de cerámica con miles de canales microcelulares que se asemejan a un panal. Luego se recubren con una capa de lavado basada en G-AL2O3, el material del catalizador y los estabilizadores como el óxido de bario (BAO) o las tierras raras y los iones alcalinos para mejorar la estabilización. El grosor de la capa de lavado puede variar de aproximadamente 10 mm a 150 mm de espesor.

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Ubicado debajo del automóvil en el sistema de escape, un convertidor catalítico es una parte esencial de los sistemas de control de emisiones de un vehículo. Convierte el monóxido de carbono dañino e hidrocarburos en emisiones menos tóxicas que son más fáciles de absorber para la atmósfera. Si el convertidor catalítico falla, puede hacer que un vehículo produzca emisiones en exceso, ejecute aproximadamente o ilumine una luz de control del motor. Si el problema no se corrige, puede conducir a reparaciones más costosas en el futuro. No es difícil reemplazar un convertidor catalítico usted mismo, pero es un trabajo complicado en una ubicación incómoda debajo del vehículo. Es una buena idea alistar a un amigo o usar soportes de gato para evitar que el convertidor catalítico se desplace durante la instalación.

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