1. Wstęp teoretyczny
W procesie spalania paliwa poza pożądaną przez nas energią uzyskujemy także szkodliwe
dla Å›rodowiska substancje takie jak: 5Ø6Ü5ØBÜ, 5ØAÜ5ØBÜ5ØeÜ, 5ØFÜ5ØBÜ2, 5Ø6Ü5Ø[Ü5Ø;Ü5ØZÜ, pary metali ciężkich, takich jak
rtęć, ołów czy kadm.
W celu eliminacji tych związków chemicznych stosuje się urządzenia zwane
katalizatorami. Procesy w nich zachodzÄ…ce to redukcja tlenków azotu (5ØAÜ5ØBÜ5ØeÜ) oraz
utlenianie tlenku węgla i węglowodorów. Katalizator to substancja czynna którą pokryty
jest nośnik lub warstwa pośrednia. Katalizatory których zasada działania opiera się na
utlenianiu wykorzystują metale z grupy platynowców (platyna, pallad, rod). W przypadku
redukcji stosuje się złoto, iryd, chrom oraz platynowce.
Nośniki dzielimy na ceramiczne i metaliczne. Do największych zalet nośników
ceramicznych możemy zaliczyć ich odporność na korozję, wysoką temperaturę topnienia,
dużą powierzchnię aktywną oraz łatwość kształtowania. Wadą tych nośników jest niska
odporność na wstrząsy oraz gwałtowne zmiany temperatury. Natomiast nośniki
metaliczne charakteryzują się łatwością przekazywania ciepła, co powoduje zwiększona
odporność na skokowe zmiany temperatur. Kolejnymi zaletami są małe opory
hydrauliczne i duża wytrzymałość mechaniczna.
Z katalizatorami mamy do czynienia na co dzień, występują one we wszystkich
nowoczesnych samochodach a konkretnie w ich układach wydechowych (m.in. ze
względu na rygorystyczne normy dotyczące emisji spalin).
Aby ograniczyć emisjÄ™ 5ØAÜ5ØBÜ5ØeÜ, 5Ø;Ü5Ø6Ü, 5Ø6Ü5ØBÜ powstaÅ‚ych w wyniku spalania zachodzÄ…cego w
tłokowych silnikach spalinowych z zapłonem iskrowym wykorzystuje się trójfunkcyjne
katalizatory TWC (three-way catalysts). Jeżeli spalana mieszanka w katalizatorze
trójfunkcyjnym ma skład w przybliżeniu stechiometryczny katalizator ma bardzo wysoką
skuteczność konwersji 5ØAÜ5ØBÜ5ØeÜ, 5Ø;Ü5Ø6Ü, 5Ø6Ü5ØBÜ. Charakter dziaÅ‚ania katalizatora TWC jest
redukcyjno-utleniajÄ…cy.
Katalizatory są wykorzystywane także w turbinach gazowych, gdzie największym
problemem jest usuwanie dużych iloÅ›ci 5ØAÜ5ØBÜ5ØeÜ
wyk.1 Zależność skuteczności dopalania CO od ilości
powietrza dopalanego
100,00%
90,00%
80,00%
70,00%
60,00%
50,00%
0 W
40,00%
800 W
30,00%
20,00%
10,00%
0,00%
0 500 1000 1500
Ilość dopalanego powietrza l/h
wyk.2 Zależność temp. przed i za katalizatorem od ilości
powietrza dopalanego dla obciążenia 800W
500
480
460
440
420
400
380
360
340
320
300
0 500 1000 1500
Ilość powietrza dopalanego
Temperatura przed katalizatorem
Temperatura za katalizatorem
Skuteczność dopalania
Temperatura °C
2. Opracowanie wyników
a) wyznaczenie współczynniku nadmiaru powietrza 
21
= , gdzie 5ØBÜ2 to zawartość tlenu w spalinach przed katalizatorem.
21-5ØBÜ2
Przykładowe obliczenie dla obciążenia 800 W:
21 21
= = = 1,035
21-5ØBÜ2 21-0,71
b) Przeliczenie poziomu CO (przed i za katalizatorem) na odniesiony do referencyjnej zawartości
tlenu O2 = 3%
21 - 3
5Ø_Ü5ØgÜ5ØRÜ5ØPÜ5ØgÜ5ØfÜ5ØdÜ5ØVÜ5Ø`Ü5ØaÜ5ØRÜ
5ØgÜ5ØZÜ5ØVÜ5ØRÜ5Ø_Ü5ØgÜ5Ø\Ü5Ø[Ü5ØRÜ
5Ø6Ü5ØBÜ5Ø]Ü5Ø_Ü5ØgÜ5ØRÜ5ØQÜ/5ØgÜ5ØNÜ = 5Ø6Ü5ØBÜ5Ø]Ü5Ø_Ü5ØgÜ5ØRÜ5ØQÜ/5ØgÜ5ØNÜ "
5ØdÜ 5Ø`Ü5Ø]Ü5ØNÜ5ØYÜ5ØVÜ5Ø[Ü5ØNÜ5ØPÜ!
21 - 5ØBÜ2
Przykładowe obliczenie dla obciążenia 800W i ilość powietrza dopalanego 500 l/h za kat.
21 - 3
5Ø_Ü5ØgÜ5ØRÜ5ØPÜ5ØgÜ5ØfÜ5ØdÜ5ØVÜ5Ø`Ü5ØaÜ5ØRÜ
5Ø6Ü5ØBÜ5ØgÜ5ØNÜ = 18330 5Ø]Ü5Ø]Ü5ØZÜ " = 15711 5Ø]Ü5Ø]Ü5ØZÜ
21 - 0
c) Wyznaczenie skuteczności dopalania zanieczyszczeń
5Ø_Ü5ØgÜ5ØRÜ5ØPÜ5ØgÜ5ØfÜ5ØdÜ5ØVÜ5Ø`Ü5ØaÜ5ØRÜ
5Ø6Ü5ØBÜ5ØgÜ5ØNÜ 5ØXÜ5ØNÜ5ØaÜ
5ØFÜ5Ø6Ü5ØBÜ = (1 - ) " 100%
5Ø_Ü5ØgÜ5ØRÜ5ØPÜ5ØgÜ5ØfÜ5ØdÜ5ØVÜ5Ø`Ü5ØaÜ5ØRÜ
5Ø6Ü5ØBÜ5Ø]Ü5Ø_Ü5ØgÜ5ØRÜ5ØQÜ 5ØXÜ5ØNÜ5ØaÜ
Przykładowe obliczenie dla obciążenia 0W i ilości powietrza dopalanego 1000 l/h
114 5Ø]Ü5Ø]Ü5ØZÜ
5ØFÜ5Ø6Ü5ØBÜ = (1 - ) " 100% = 99,64%
31680 5Ø]Ü5Ø]Ü5ØZÜ
3. Zestawienie wyników
Moc, W Ilość powietrza Współczynnik CO2 rzeczywiste CO2 rzeczywiste
5ØFÜ5Ø6Ü5ØBÜ, %
dopalanego, l/h  przed, 5Ø]Ü5Ø]Ü5ØZÜ za, 5Ø]Ü5Ø]Ü5ØZÜ
0 0 1,035 31680 24489 22,70%
500 31680 353 98,89%
1000 31680 114 99,64%
1500 31680 97 99,69%
800 0 1,0048 35156 34586 1,62%
500 35156 15711 55,31%
1000 35156 329 99,06%
1500 35156 154 99,56%
4. Wnioski
Po przeprowadzeniu pomiarów możemy jednoznacznie stwierdzić, że katalizator
skutecznie umożliwia zmniejszenie emisji tlenku węgla do atmosfery.
Proces dopalania CO jest tym skuteczniejszy im większą ilość dodatkowego powietrza
dostarczymy.
Warto zauważyć, że im większe obciążenie silnika agregatu tym większa ilość powietrza
jest potrzebna aby w satysfakconujący sposób dopalić pozostały w spalinach CO.
Wraz ze wzrostem ilości doprowadzonego powietrza rośnie temperatura za katalizatorem.
Przyczyną tego zjawiska jest reakcja spalania zachodząca w katalizatorze, która jest tym
intensywniejsza im większa ilość tlenu zawartego w powietrzu dojdzie do katalizatora.
Warte zaznaczenia jest to, że część dostarczonego tlenu nie ulegnie spaleniu i zostanie
wydalona wraz ze spalinami (dla obciążenia 0W i strumienia powietrza 1500 l/h zawartość
tlenu w spalinach wyniosła aż 4,33%).
Na wykresie 1. możemy zauważyć dynamiczny wzrost skuteczności dopalania CO wraz ze
wzrostem ilości dopalanego powietrza, skuteczność ta jest bliska 100% przy odpowiednio
dużym strumieniu powietrza.
Podsumowując należy podkreślić, że katalizator mimo dosyć prostej budowy jest
urządzeniem bardzo skutecznie ograniczającym emisję tlenku węgla do atmosfery. W
czasach których żyjemy wysoki nacisk kładzie się na rozwiązania przyjazne środowisku,
dlatego warto ograniczać emisję szkodliwych substancji choćby przez katalizatory
montowane w układach wydechowych pojazdów. Mimo poniesionych jednorazowych
kosztów (w katalizatorze występują kosztowne metale szlachetne, toteż urządzenia te są
pożadąne przez złodziei) warto je stosować w trosce o stan naszej atmosfery.