kapcsolatlélegzetnyi hírlevélgyorskeresés
Loading
Katalizátorok ólommérgezése és regenerálása

Németországban 35000 — az évenkénti kötelező — zöldkártya mérésből a katalizátoros autók 30%-ában nem működött a katalizátor. A katalizátorokat ki kellett építeni és helyette újat felszerelni.
Az ólmozott benzin megengedett ólomtartalma 0,15 gramm/liter, az ólmozatlan benzinre 0,014 gramm/liter ólomtartalmat engedélyez a nemzetközi szabvány.
A benzingyártó, -tároló és -szállító eszközök rendkívül nagy beruházást igényelnek. Még a leggazdagabb országokban sincs hermetikusan elkülönített gyártó, szállító és tároló eszközrendszer az ólmozatlan benzinek gyártására, ezért szennyeződhet, visszakeveredhet az ólmozott bezinnel, vagy a gyártó, szállító és tároló eszközök fémfelületébe ivódott és újra kioldható ólom-fluiddal.
A MOL Rt. nem alkalmaz ólomszármazékokat az ólommentes benzinben, és a szennyeződések mértékét is 0,002—0,005 gramm/liter érték alatt tartja. Összefoglalva nincs ólommentes benzin, csak ólmozatlan és ez kb. hússzor hosszabb idő alatt mérgezi meg a katalizátort, mint az ólmozott.
Miért van ólom a benzinben?
A benzin kompressziótűrésének növelésére. A benzinüzemű motorokban felhasználható benzin több, mint négyszáz szénhidrogén keveréke. Nagyobb része az olefinek és normál parafinok csoportjába tartozik, amelyek sokkal kisebb nyomáson robbannak be öngyulladással, mint az aromás szénhidrogének és az izomer-parafinok.
A benzin kompressziótűrését az oktánszámmal jellemzik, amelyet egy speciális — változtatható kompressziótérfogatú — motor segítségével határozzák meg. Az etalon a normál heptán és izo-oktán pontos keveréke. A 92-es oktánszámú benzin kompressziótűrése azonos egy 92% izo-oktán és 18% normál-heptán tartalmazó keverék kompresz-sziótűrésével.
A motorról levehető teljesítmény növelésének az egyik módja, ha növeljük a motor kompreszióviszonyát. Ehhez a beszívott benzin-levegő keveréket minnél jobban össze kell préselni a robbanás előtt. A teljesítménynövelés e módjának a benzin gyújtás előtti öngyulladása szab határt.
A kompressziótűrést a benzin izomer-parafin vagy aromás szénhidrogén csoportok-részarányának növelésével lehet fokozni, de ezek a vegyületek részaránya alacsony a természetes lepárlású szénhidrogénekben.
A kompressziótűrést úgy is lehet növelni, hogy adalékokkal megakadályozzuk az összepréselt levegő-benzin öngyulladása során keletkező lángfront tovaterjedését. Ilyen öngyulladásblokkoló anyag az ólom-tetra-etil ill. metil. Az égés során keletkező ólom-oxidok a motor belső felületén túlzott mértékben kiszűrődnek, feltapadnak, ezért a benzinhez kevert ún. ólom-fluidban az ólom-tetraetil és metil részaránya 60%, amelyet ún. ólomkisöprőkkel (ólom-klorid, és bromid származékokkal) kevernek.
A motorban keletkező ólomszármazékok rendkívül környe-zetszenyező anyagok. Folyamatosan szennyezett területeken — az utak mentén — felhalmozódhatnak a növényekben. A szennyezett takarmányon keresztül az állatok szervezetében is megjelennek az ólomvegyületek.
Az emberi szervezet — közvetlenül — a légzőszerveken keresztül, vagy az ólomszennyezett növényi és állati táplálékok elfogyasztása során mérgeződhet. Az ólomszármazékok erős és idült károsodást okoznak az emésztő- és légzőszervekben, gátolják az agyműködést, hatásukra a gyerekek fejlődése visszamarad. Legjobb az lenne, ha a benzin egyáltalán nem tartalmazna ólomszármazékokat.
Az ólmozott benzin égése során keletkezett szürkésfehér porózus finom por szívesen tapad a henger és dugattyúgyűrű, valamint szelep és szelepülék felületére és jótékonyan csökkenti a súrlódást, magába szívja, tartalékolja a kenőolajat. A sikló csapágyaknál a csapágyak belső felületét is ezért öntik ki ólommal, vagy ötvözeteivel.
Azokban a motortípusokban (Skoda 120, Polski 126... stb), ahol a hengerfejben nincs keményre edzett cserélhető szelepülék kiképezve, az ólmozott benzin elhagyása fokozza a szelepülék kiverődését, kopását és hamarabb kell felújítani a motort (dörzsárazzák a szelepperselyeket és új szelepeket szerelnek be). Nemcsak az ólom-oxid származékok rendelkeznek kenésjavító tulajdonságokkal a benzinbe keverve, hanem van katalizátorbarát felső-motorkenést fokozó adalék a molibdén-diszulfid (mint pl.: FIMOL). Alkalmazása esetén minden motortípusnál teljesen elhagyható az ólmozott benzin használata.
Az ólmozatlan benzinek gyártása során mesterséges aromás és izomer-parfonokká alakítják a rosz kompressziótűrésű szénhidrogéneket. Ha a jó kompressziótűrésű szénhidrogének részarányát megfelelően növelik, nincs szükség az ólom-fluid alkalmazására. De igazi ólommentes benzin csak akkor lesz, ha már ólmozatlan benzint egyáltalán nem, vagy teljesen elkülönítve gyártanak. Így biztosítható, hogy ne szennyeződjön az ólmozatlan benzin.
Oláh György, magyar származású amerikai kutató kiemelkedő érdemeit ismerték el — az 1994-es kémiai Nobel-díj odaítélésével — az ólommentes benzin és más szénhidrogén-származékok gyártási technológiáinak fejlesztésében.
Katalizátorok ólommérgezése.
A motor égésterében 2—19 ezred másodperc alatt történik az égés, miközben dinamikusan változik a hőmérséklet és a nyomás. A dugattyú felső holtpontja körül kialakuló magas hőmérsékleten és nyomáson nitrogén oxidálódhat. A szénhidrogének égéséhez nincs elegendő idő, elegendő levegő és az expanzió során is rohamosan csökken a hőmérséklet.
A szénhidrogének akár 1—4%-a is tökéletlenül ég el és az égéstermékként keletkező széndioxid és víz mellett jelentős mennyiségű szénmonoxid és félig elégett szénhidrogének keletkeznek. A NO x , CO, HC rendkívül káros az egészségre és a környezetre. A katalizátorban a normál reakcióknál 200—300°C-kal alacsonyabb hőmérsékleten lehet a nitrogén-oxidoktól redukció során elvenni az oxigént, a szénmonoxidot és szénhidrogéneket vízzé és további széndioxiddá továbbégetni. Az alacsony 150—250 °C-os gyújtási hőmérsékletet a kerámia hordozó felületébe atomosan impregnált platina, palládium és ródium vagy fémoxid katalizátorok segítik elő.
A kerámia felületén a nemesfém atomok helyi energiatöbblete (aktív centrum) vonzza egymáshoz az éghető szénmonoxid, szénhidrogén és oxigén molekulákat (1.ábra) és csökkenti a gyújtáshoz szükséges energiát.

1.ábra szemléltet egy kerámia hordozóra impregnált Pt-Pd-Rh katalizátort, működés közben
Az ólom-vegyületek elsőként tódulnak a nemesfém centrumokba (2.ábra) és szívesen tapadnak a katalizátor felületre. Gyenge (kemiszorpciós) kötéssel, de tartósan az aktív centrumokon maradnak. Leárnyékolják és ezzel teljesen megszüntetik az aktív centrumok helyi energiatöbbletét, működésképtelenné teszik a katalizátorelemeket. A katalizátor aktivitása, szelektivitása a lefedett aktív centrumok számának arányában csökken.
A katalizátor károsanyag-semlegesítő képesége folyamatosan megszűnik. Ha véletlenül ólmozott benzinnel tankolunk, a katalizátor (3.ábra) az elfogyasztott ólmozott benzinnel (és a megtett úttal) arányosan veszíti el hatásosságát. A motoralkatrészek kopásából is származhat ólomkihordás, katalizátormérgezés.
Az ólmozatlan benzinben úgy állapították meg a megengedett ólomtartalom mértékét, hogy megvizsgálták néhány katalizátor hatásosságának csökkenését, amely nem lehet alacsonyabb, mint 50%, 80—100 ezer km-es futásteljesítmény mellett.

2.ábra szemlélteti egy kerámia hordozóra impregnált Pt-Pd-Rh katalizátor "ólommérgezését"
Az elenyésző mennyiségű ólom is folyamatosan mérgezi a katalizátort. Mivel az ólmozatlan benzin ólomterhelése kb. 10—30-szor lassabb ólomszennyezési folyamat a szakma ezt a típusú mérgezést katalizátoröregedésnek (3.ábra) hívja.
A katalizátor működését számos más fém-, por- vagy koromlerakódás is akadályozhatja, de ezek az anyagok nem kapcsolódnak kémiai kötéssel a katalizátor felületére. Ezek a szennyeződések egyrészt leégethetőek, másrészt mechanikus rázással, (óvatos törésmentes mértékű) ütögetésel, sűrített levegővel kifújathatóak.
Érdekes, de a vegyipari katalizátortechnikában maga az égés során keletkező vízgőz is katalizátorméreg a harmatpont alatt, túlhevítetlenül blokkolja a katalitikus folyamatokat.
Jármű-üzemben amíg a vízgőzt túl nem hevítjük (200—350 °C), a katalizátor nem gyújt be, és ezzel növeli a katalizátor beindulási idejét.
Az ólommérgezés hatására a katalizátor először lassabban melegszik fel, aztán el sem éri a gyújtási hőmérsékletet.
Először a nitrogénoxid semlegesítő képessége csökken, azután a szénhidrogén, majd a szénmonoxid semlegesítési foka romlik, majd teljesen megszűnik. A katalizátor ólommérgezésének több külső jele is van.
A katalizátor melegedése lecsökken, esetleg még olyan meleg sem lesz, mint a katalizátort megelőző kipufogócső.
Elmarad a katalizátoros autó indulása után megszokott fokozott gőzfejlődés és a kipufogócső a víz csöpögése . Határozott választ egy műszeres zöldkártya-emissziómérés után lehet adni arról, hogy mennyire mérgeződött a katalizátor.
Tévedések elkerülése érdekében kijelenthető: a katalizátorok igenis a leghatásosabb a károsanyagsemlegesítő berendezések, de működésüket ajánlatos lenne sűrűbb, de sokkal olcsóbb ill. ingyenes környezetvédelmi vizsgálatokon ellenőrizni, a motorokat optimálisan beszabályozni, a szennyezett katalizátort regenerálni.
Jó lenne, ha ez éppen olyan természetes autókarbantartási művelet lenne, mint az olajcsere, vagy a keréknyomás ellenőrzése, hűtővíz utántöltése.

3.ábra: a katalizátor semlegesítő képességének csökkenése. Öregedés és mérgezés a megtett út függvényében
Katalizátorok regenerálása
A katalizátormérgek egy részével (por, korom, vízgőz, egyéb fém kihordása) könnyen meg lehet birkózni, viszont az ólomszármazékok tartósan kötődnek a katalizátor felületére.
Ebben az esetben a gépjárműtechnikában megszokott gyakorlat a katalizátorok cseréje. Egy Opel Astrában a gyári katalizátor cseréje akár bruttó 65000 Ft-ot is elérhet. Egy benzines Omegába 2 db szükséges, de egy Mercedes-Benz 300 SEL-be is kb. 180000 Ft-ba kerül egy katalizátorcsere.
Regenerálni a fenti bekerülés 2—3%-ért is lehet. A kiépített katalizátorok — ha mechanikailag nem sérültek — az ólom megtisztítása után újra működőképesek.
A mai gyakorlat szerint veszélyes hulladékként gyűjtik és semmisítik, vagy feldolgozzák a katalizátormaradványokat. Nyugat-Európában 1986-tól már csak katalizátoros autókat lehetet eladni.
Svájcban 1993-tól Ausztriában 1995-től Németországban 1996-tól csak katalizátoros gépjárművet lehet üzemben tartani. Már ma is komoly gondot jelent a felgyülemlett több ezer tonna hulladék katalizátor.
Az ólom-oxidokat gyenge savakban vagy lúgokban lehet leoldani a katalizátor felületéről. Ezek a gyenge oldószerek a kerámiára impregnált nemesfémeket nem oldják, de gyakran károsítják a hordozót.
Ha savas oldást végeztünk, a savmaradékokat lúgosan kell semlegesíteni és fordítva, ha lúgos oldást végzünk, savasan kell semlegesíteni.
A fenti eljárás korántsem nevezhető környezetbarátnak, mivel mindig maradnak sav- és lúgmaradványok, és az oldószermaradványokkal is, mint veszélyes hulladékkal kell foglalkozni, valamint a helytelen regenerálási technológia eredményeként tönkretehetjük a katalizátort.
A FluidKAT rendszerű katalizátorok fejlesztése során találtunk egy olyan biológiai alapú oldószert, amelyben az ólom jól és teljesen oldódik, de a katalizátorfémek nem.

4.ábra, katalizátorok környezetbarát regenerálási technológiája
A kerámia szerkezetét nem roncsolja. Semlegesítésre nincs szükség, a vegyszer magától, a szabad levegőn lebomlik. A regenerálószer-maradványok nem károsak az egészségre, természetazonosak, sőt az ólomvegyületekből keletkező ólomacetátot az emberiség évszázadok óta alkalmazza mint gyógyszert a reuma ellen.
A FluidKAT regenerálási eljárás rendkívül egyszerű. A szennyezett katalizátort ki kell szerelni a kipufogórendszerből, és az egyik kipufogó nyílását (és ha van a lambda-szonda, azt is) be kell dugaszolni. Az oldószert vízzel a kívánt mennyiségig kell felhígítani, majd a katalizátort teljesen fel kell tölteni a regeneráló oldattal. Az oldószer 5-szörös hígításig működik hatásosan. A katalizátort néhányszor óvatosan megrázzuk, hogy a regeneráló oldat egyenletesen bejusson a katalizátor minden részébe. A regenerálószer működéséhez szobahőmérsékletre van szükség. A beáztatott katalizátort kb. 1 órát állni hagyjuk, ezalatt a katalizátor felületére tapadt ólom melegedés (35—45 °C) és erőteljes pezsgés mellett beoldódik. Az oldószert felfogjuk, majd bő vízzel átmossuk a katalizátort. A regenerált katalizátor visszaszerelhető, és ha egyéb mechanikus sérülés, felületi pörkölődés nincs, akkor nem ritka, hogy nagyobb lesz a semlegesítő hatása, mint újkorában, mert a regenerálószer a kerámia hordozót aktiválja.
Andó Zoltán
AndTech Mérnöki Iroda
H-1112 Budapest,
Törcsvár utca 42/b.
Tel./fax: 319—6332



JELES NAPOK
 Augusztus 01.
   A szoptatás világnapja
 Augusztus 09.
   Állatkertek napja
 Augusztus 09.
   A bennszülött népek világnapja
 Augusztus 20.
   1989-ben e napon gyilkolták meg elefántcsont-csempészek George Adamsont, Joy Adamson munkatársát és férjét
 Augusztus 06.
   Hirosima-Nagaszaki emléknap
 
© Leveg? Munkacsoport 1991-2006. — Villámposta: szerkeszto@lelegzet.hu
A Lélegzetben megjelent írások és képek egyeztetés után, a forrás és a szerző feltüntetésével közölhet?k más kiadványokban.