Katalysator

Katalysatoren er en utslippsrensende enhet montert i bilens avgassanlegg, der den renser de skadelige biproduktene fra forbrenningen før de slipper ut i det fri. Den kom på massemarkedets biler fra 1970-tallet og ble i praksis allemannseie på bensinmotorer etter hvert som utslippskravene ble strammet inn. Oppgaven er å ta hånd om gassene som selve forbrenningen ikke kan unngå å danne: karbonmonoksid, uforbrente hydrokarboner og nitrogenoksider. Innføringen forandret luftkvaliteten i byene og gjorde eksosrøret fra en stor kilde til giftig forurensning til et langt renere utløp.

Inni det rustfrie kabinettet sitter en bikakeformet monolitt, gjerne i keramikk, belagt med et tynt lag som bærer de aktive edelmetallene. Når den varme eksosen strømmer gjennom de tusenvis av små kanalene, fremmer katalysatorene kjemiske reaksjoner uten selv å bli forbrukt. En trekomponentkatalysator, typen som brukes på bensinbiler, utfører to oppgaver samtidig: den oksiderer karbonmonoksid og hydrokarboner til karbondioksid og vann, og den reduserer nitrogenoksider tilbake til ufarlig nitrogen og oksygen. Hvert av metallene har sin rolle – platina og palladium driver oksidasjonen, mens rhodium står for reduksjonen av nitrogenoksidene.

For at trekomponentreaksjonene skal gå effektivt, må motoren kjøre svært nær det kjemisk ideelle blandingsforholdet mellom luft og drivstoff, det støkiometriske punktet. Derfor arbeider katalysatoren tett sammen med oksygensensorene og motorstyringen, som hele tiden justerer drivstoffblandingen for å holde den innenfor det smale vinduet der både oksidasjon og reduksjon kan skje samtidig. Blir blandingen for fet, finnes det ikke nok oksygen til å oksidere karbonmonoksidet; blir den for mager, svikter reduksjonen av nitrogenoksidene. Katalysatoren er dermed like mye en del av motorens reguleringssløyfe som et passivt filter.

En vesentlig begrensning er at katalysatoren først blir virksom når den når sin tennings­temperatur, vanligvis rundt 250 til 400 grader celsius. Inntil enheten er varm, er renseeffekten dårlig, og derfor står de første ett til to minuttene etter en kaldstart for en uforholdsmessig stor andel av en turs samlede utslipp. Konstruktørene motvirker dette ved å plassere katalysatoren nær motoren og ta i bruk metoder som varmer den raskt opp, men kaldstartforurensning er likevel en iboende svakhet ved teknologien.

Katalysatoren er ett ledd i en større kjede av etterbehandling av avgasser. Dieselmotorer, som kjører magert og ikke kan bruke en trekomponentenhet mot nitrogenoksider, baserer seg i stedet på selektiv katalytisk reduksjon med et urea-tilsetningsstoff, mens moderne bensinmotorer i tillegg har et partikkelfilter som fanger sot. Alle disse systemene finnes for å innfri utslippskrav som Euro 6. Edelmetallene gjør også katalysatorer til et mål for tyveri, og katalysatoren kan forgiftes av blyholdig drivstoff eller forurenses av oljeforbrenning, så en sunn motor er avgjørende for lang levetid.