Katalysatoren

Milieubescherming is tegenwoordig van groot belang. In de laatste decennia van de 20e eeuw ontwikkelde dit bewustzijn zich ook in de auto-industrie. De katalysator is een onderdeel dat de uitlaatgasreiniging aanzienlijk ondersteunt. De katalysator vond zijn weg naar de eerste noemenswaardige grootschalige producties in de jaren tachtig. Sindsdien heeft de Kat zich aanzienlijk ontwikkeld.

In de eerste voertuigen werden ongeregelde katalysatoren geïnstalleerd, gevolgd door geregelde katalysatoren. De sturing verwijst echter niet naar de katalysator zelf, maar naar de gecoördineerde motorsturing op basis van het motormanagement, die mogelijk is geworden door geavanceerde elektronica (regeleenheden). Zoals de naam al doet vermoeden, is de katalysator zelf slechts indirect betrokken bij het reinigen van uitlaatgassen. Zonder verder in te gaan op de structuur: er zitten bepaalde stoffen (edelmetalen) in de katalysator. Als uitlaatgassen (stikstofoxiden NOx) in een bepaalde samenstelling in een warme en zuurstofarme omgeving met deze stoffen in aanraking komen, treedt er een chemisch proces op - de uitlaatgassen worden omgezet in water en CO2.

Er zijn veel verschillende manieren om onderscheid te maken. Allereerst kan er onderscheid gemaakt worden in de technische constructie. Katalysatoren moeten de uitlaatgassen een groot oppervlak bieden. Vandaar de honingraatstructuur. Als dragermateriaal wordt keramiek of metaalfolie gebruikt. Met keramische dragers kunnen de edelmetalen beter worden teruggewonnen. Maar ze zijn veel gevoeliger voor warmte. Metaalkatalysatoren bieden een groter oppervlak doordat de wanddikte nog dunner is. Ook is het beduidend minder warmtegevoelig en beter beschermd tegen schokken en trillingen.

Daarnaast moet er onderscheid gemaakt worden tussen katalysatoren voor benzinemotoren en voor dieselmotoren. Er zit beduidend meer zuurstof in de dieseluitlaat, daarom is een andere katalyse nodig. Het derde onderscheid is meer gericht op vooruitgang. Tot nu toe deden conventionele katalysatoren het met een lambdasonde. Moderne katalysatoren hebben daarentegen ook een uitlaatgassensor na de katalysator. Hoe schoon de uitlaatgassen uit de katalysator komen, heeft grote invloed op het motormanagement.

Het antwoord is kort en bondig: nee. In het geval van diesel wordt de katalysator althans herhaaldelijk verward met het roetdeeltjesfilter, dat zeker door spoelen kan worden gereinigd. Maar leken verwarren het schoonmaken van het roetdeeltjesfilter vaak met de katalysator. En dan vragen natuurlijk de eigenaren van een auto met benzinemotor ook of de katalysator niet schoongemaakt kan worden. Zij hebben echter een zeer beperkte mogelijkheid om de Kat weer een beetje krachtiger te maken.

Een driewegkatalysator raakt na verloop van tijd vergiftigd of oververhit. Bij oververhitting (temperaturen boven 900 graden Celsius) begint het proces van sinteren en vermindert het oppervlak van de katalysator (thermische veroudering). Anders treedt ofwel chemische of mechanische vergiftiging op. Chemische vergiftiging is een ongewenst en ongecontroleerd chemisch proces. Dit kan worden veroorzaakt door additieven, slechte brandstof, slechte verbranding, etc. De katalytische laag wordt daarbij aanzienlijk vernietigd.

Mechanische vergiftiging is datgene dat mogelijk (vermoedelijk) enigszins kan worden verbeterd. Lood en zwavel uit olie- en brandstofresten worden op het katalytische oppervlak afgezet (zonder chemisch proces). Door de katalysator te verwarmen kan het mogelijk zijn om deze laag tenminste gedeeltelijk af te branden. Om dit te doen, zou de katalysator 10 tot 15 minuten moeten worden verwarmd met een snelheid van 4.000 omwentelingen of meer. Er bestaat dan echter ook het risico van oververhitting van de katalysator als er door de beperkte functie überhaupt voldoende vermogen kan worden opgeroepen. Dit pad wordt niet aanbevolen en levert nauwelijks verbetering op.

Ook hier is het een vergelijkbare hypothetische uitspraak die lijkt op de uiteindelijke burn-out van de kat. Het opstarten van de auto met katalysator door hem aan te slepen, is geen goed idee, omdat benzine in de katalysator kan komen en later kan ontbranden. Dit zou echter ook in andere situaties het starten van de motor beïnvloeden. In feite kan een slecht startgedrag ertoe leiden dat onverbrande brandstof in de katalysator terechtkomt. Dit kan ook hier ontbranden. Hierdoor kan de motor zelfs beschadigd raken. Dit gedrag is echter zeer zeldzaam. Kort slepen moet daarom mogelijk zijn, evenals meerdere pogingen om de motor met de contactsleutel te starten. We hebben het overigens over opstarten (zodat de motor weer loopt) en niet slepen.

Hierbij moet worden opgemerkt dat warmte niet fundamenteel slecht is. Omdat diesel bijvoorbeeld relatief "koud" verbrandt, moet de katalysator zo dicht mogelijk bij de motor worden geïnstalleerd, omdat warmte een belangrijke rol speelt in het chemische proces. Aan de andere kant hebben we al geschreven dat een Kat echte problemen krijgt bij temperaturen boven de 900 graden.

Het effect van de kat begint rond de 250 graden. De gemiddelde bedrijfstemperatuur ligt tussen de 400 en 900 graden. Hier is het efficiëntiepercentage ongeveer 90 procent. Thermische veroudering begint bij meer dan 900 graden, de katalysator kan smelten bij meer dan 1000 graden en wordt vernietigd.

Een defecte katalysator kan op verschillende manieren worden geïdentificeerd: gebrek aan vermogen, ongelijkmatig draaiende motor, motor valt altijd uit, etc. Daarnaast is er de extreme situatie van een kapotte katalysator, bijvoorbeeld door gesmolten keramiek. Dan wordt de uitlaat gesloten en het carter van de motor opgeblazen. Als de druk zo hoog wordt dat de motor niet meer door de carterontluchting kan ontluchten, drukt hij de druk en motorolie uit de peilstok.