Ở các nước phát triển, trên mỗi con đường luôn có hàng triệu những chiếc ô tô đang lưu thông và mỗi chiếc là một nguồn gây ô nhiễm không khí. Đặc biệt tại các thành phố lớn, lượng không khí bị ô nhiễn do các loại xe hơi sinh ra đã và đang là một vấn đề bức xúc.
Từ giữa thập niên 1960, khí xả từ động cơ đã được Cơ quan bảo vệ môi trường của Mỹ quy định rất nghiêm ngặt. Trước năm 1966, khí xả từ các loại xe khách đã không được kiểm soát. Vào năm 1966, để đối phó lại với tình trạng ô nhiễm không khí, Bang California, Mỹ đã ban hành những quy định để hạn chế lượng hydrocacbon và CO trong khí xả. Vào năm 1968, chính phủ Mỹ đã thông qua một đạo luật về khí xả áp dụng trên khắp lãnh thổ. Trong suốt những năm này, quy định này ngày càng khắt khe hơn và động cơ ngày nay chỉ được phép thải ra lượng khí ô nhiễm nhỏ hơn quy định của năm 1968. Những quy định về lượng khí xả đã trở thành những thách thức rất lớn và cũng đặt ra một nhiệm vụ khó khăn cho các nhà sản xuất xe.
Thường có ba phương pháp cơ bản được sử dụng để kiểm soát lượng khí xả của động cơ:
Các biện pháp kỹ thuật trong quá trình cháy
Tối ưu hóa trong việc lựa chọn các thông số kỹ thuật của động cơ và
Sử dụng các thiết bị sau xử lý trong hệ thống xả.
Chỉ nói riêng với phương pháp thứ ba ở trên, trải qua nhiều năm tháng, các nhà sản xuất xe hơi đã chế tạo rất nhiều bộ lọc cho động cơ xe và các hệ thống nhiên liệu để đảm bảo tuân thủ các đạo luật này. Một trong những thay đổi lớn đã xuất hiện vào khoảng năm 1975 do sự ra đời của một thiết bị thu hút nhiều sự chú ý được gọi là “bộ lọc khí dùng chất xúc tác”. Nhiệm vụ của bộ lọc xúc tác này là chuyển hóa khí thải từ động cơ chứa chất ô nhiễm nặng thành chất khí thải có hại ít hơn cho môi trường trước khi chúng được thải ra ngoài không khí qua hệ thống ống xả của xe.
Kim loại platinum làm chất xúc tác cho bộ lọc
Các bộ lọc xúc tác là thiết bị có cấu tạo đơn giản đến không ngờ. Bởi vậy thật không thể tưởng tượng được là nó có khả năng ảnh hưởng lớn đến mức nào. Trong bài viết kỳ này, chúng ta sẽ tìm hiểu xem động cơ sinh ra khí thải độc hại ra sao và một bộ lọc dùng chất xúc tác phản ứng như thế nào đối với các chất ô nhiễm này.
Chất ô nhiễm sinh ra từ động cơ xe
Vị trí của bộ lọc dùng chất xúc trong xe
Để giảm lượng khí xả độc hại, các động cơ trên xe hiện đại đều được trang bị hệ thống kiểm soát nhiên liệu. Các hệ thống này đảm bảo cho tỷ lệ giữa nhiên liệu và không khí ở giá trị gần nhất với giá trị tỷ lệ hòa khí lý tưởng (stoichiometric). Về mặt lý thuyết, ở tỷ lệ này, tất cả lượng nhiên liệu sẽ được đốt cháy hết bằng lượng ôxi có trong khí nạp. Đối với động cơ xăng, tỷ lệ hòa khí lý tưởng ở vào khoảng 14,7 : 1. Nghĩa là ở tỷ lệ này, để đốt cháy hết mỗi pound (ứng với 0,4536 kg) xăng cần đến 14,7 pound không khí. Tỷ lệ hỗn hợp hòa khí trong thực tế sẽ thay đổi một chút quanh giá trị tỷ lệ lý tưởng này khi bạn chạy xe. Đôi khi hỗn hợp hòa khí có thể nghèo (ứng với tỷ lệ nhiên liệu – không khí lớn hơn 14,7) hoặc có thể giầu khí cháy (tỷ lệ nhiên liệu – không khí nhỏ hơn 14,7).
Các thành phần chính trong khí xả của ô tô thường là:
Khí Nitơ (N2) – Trong không khí, nitơ chiếm khoảng 78% và hầu hết đều được đưa vào động cơ xe.
Khí cacbonic (CO2) – Đây là sản phẩm của quá trình cháy do cacbon trong nhiên liệu kết hợp với ôxi trong không khí tạo thành
Hơi nước (H2O) – Đây cũng là một sản phẩm của quá trình cháy do hydro trong nhiên liệu kết hợp với ôxi trong không khí tạo thành.
Về cơ bản, các chất có trong khí thải hầu hết là các chất không ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe. Mặc dù vậy, cacbon đioxit trong khí thải vẫn được xem là nguyên nhân làm cho trái đất đang nóng dần lên. Nhưng do quá trình cháy không bao giờ diễn ra một cách hoàn toàn nên một số lượng nhỏ các chất có hại cũng được sinh ra trong động cơ xe. Bộ lọc dùng chất xúc tác được chế tạo để làm giảm hàm lượng của ba thành phần dưới đây trong khí thải:
Cacbon monoxit (CO) là một chất khí độc hại không mầu và không mùi.
Hydrocacbon hay các chất hưu cơ dễ bay hơi (VOCs) là thành phần chính của khói đen được tạo ra từ quá trình bay hơi của nhiên liệu không được đốt cháy hết.
Ôxit nitơ (NO và NO2 được gọi chung là NOx) là các chất góp phần tạo ra khói đen và hiện tượng mưa axit, chúng cũng kích thích lên da con người gây hiện tượng ngứa và màng nhầy.
Ngoài các thành phần kể trên, cũng phải kể đến các loại tạp chất dạng hạt rắn nhỏ li ty và chỉ có thể nhìn thấy dưới kính hiển vi. Các loại tạp chất có một nồng độ tương đối cao trong khí thải và có thể quan sát được chúng thông qua khói nhìn thấy được hoặc bồ hóng thải ra từ đường ống xả. Các loại tạp chất được thải ra từ động cơ được quy định chặt chẽ trong một phạm vi nào đó do chỉ cần hít vào một lượng nhỏ cũng có thể gây ra những vấn đề nghiêm trọng cho đường hô hấp của con người. Các loại tạp chất là những vấn đề được quan tâm chính ở động cơ diesel và chúng được thể hiện ở việc hạn chế lượng khói được xả ra. Đối với xe sử dụng nhiên liệu không pha chì, tạp chất thải ra nói chung không phải là một vấn nghiệm trọng ở động cơ xăng.
Nguồn CARONLINE
