Ô tô hay các loại xe sử dụng động cơ đốt trong nói chung đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống hằng ngày của chúng ta. Chúng ngày càng trở nên phổ biến và điều đó có nghĩa môi trường sẽ trở nên phần nào ô nhiễm hơn do khí thải từ các phương tiện giao thông thải ra môi trường ngày càng nhiều. Để ứng phó với khí thải nhà kính, nhiều tiêu chuẩn khí thải đã được đề ra để ép các nhà sản xuất trên khắp thế giới tạo ra những chiếc xe thân thiện hơn với môi trường.
Ngoài các biện pháp hiện đại, ra mắt trong thời gian gần đây như hybrid hóa xe, áp dụng các công nghệ vi tính để kiểm soát nhiên liệu, thu hồi và tái sử dụng nhiên liệu dư thừa, các hãng xe lớn nhỏ còn sử dụng một cách khác, cổ điển hơn. Đó chính là trang bị cho xe của mình bộ lọc chất xúc tác (hay còn được gọi là bộ trung hòa khí thải – catalytic converter). Đúng theo tên gọi, bộ lọc này sẽ lọc lại khí thải trước khi chúng thoát ra ngoài môi trường.
Khí thải từ động cơ gồm những gì?
Sau quá trình đốt cháy hòa khí, sản phẩm của quá trình phản ứng, hay còn gọi là khí thải sẽ được piston đẩy ra đường ống xả. Chúng sẽ thoát ra dưới dạng khí, đôi khi có thêm hơi xăng dư. Những khí thải này gồm hai loại, một là loại gây hại cho môi trường và loại còn lại không gây hại.
Các loại khí không gây hại cho môi trường gồm Ni-tơ, chiếm hơn 75% lưu lượng khí thải. CO2, sản phẩm của quá trình cháy và hơi nước. Về phần các khí có hại, chúng gồm CO (carbon monoxit). HC, VOC hay còn gọi là các hydrocarbon, chúng thường được tạo ra từ phần dư của nhiên liệu. Cuối cùng là NOx (ni-tơ oxit), chất độc gây hại cho sức khỏe cũng như tác nhân chính gây ra màn sương bụi và mưa axit.
Cấu tạo bộ lọc chất xúc tác
Trên các mẫu xe hiện nay, các nhà sản xuất thường trang bị cho chúng bộ lọc khí thải chất xúc tác có cấu tạo gồm ba lớp, giúp giảm phần lớn các khí thải độc hại, chủ yếu là CO, HC và NOx. Bộ lọc sử dụng hai lớp xúc tác khác nhau, một lớp làm giảm lượng khí thải và một lớp oxi hóa chúng. Cả hai lớp này đều được chế tạo bằng gốm với vỏ bọc kim loại bên ngoài. Các nhà sản xuất buộc phải tạo ra bề mặt tiếp xúc lớn nhất giữa bề mặt lớp xúc tác với dòng khí thải trong khi phải giảm thấp nhất lượng chất xúc tác do giá thành của chúng khá cao.
Lớp giảm khí thải là lớp đầu tiên mà luồng khí thải sẽ tiếp xúc khi đến bộ lọc. Lớp này sử dụng vật liệu platinum và rhodium để giảm lượng khí NOx. Khi các phân tử NO hay NO2 tiếp xúc với các chất xúc tác tại đây, chất xúc tác sẽ có công dụng phá hủy cấu trúc phân tử của các khí này thành các nguyên tử và được giữ lại đó. Sau khi qua lớp này, NOx sẽ trở thành khí ni-tơ và oxi.
Lớp oxi hóa là lớp tiếp theo mà luồng khí sẽ tác động sau lớp giảm khí thải. Lớp này sẽ có nhiệm vụ đốt cháy khí CO cũng như các loại hydrocarbon không cháy bằng bạch kim là palladium. Với các chất xúc tác này, hydrocarbon và CO sẽ tác dụng với O2 dư để trở thành CO2.
Lớp thứ 3 là một hệ thống kiểm soát dòng khí thải, và sử dụng những thông tin nhận được để điều khiển hệ thống phun nhiên liệu. Đó chính là một cảm biến oxi được đặt gần động cơ. Cảm biến này sẽ thông báo cho máy tính kiểm soát động cơ lượng oxi trong khí thải. Thông qua đó, máy tính có thể tăng hoặc giảm lượng oxi bằng cách thay đổi tỉ lệ khí nạp và nhiên liệu. Điều đó cho phép máy tính biết được động cơ có đang làm việc ở điểm lý tưởng hay không, và cũng cho biết lượng O2 cần thiết để cho phép các chất xúc tác đốt cháy các khí thải độc hại.
Có thể nói, bộ lọc khí thải chất xúc tác hiện là một giải pháp hiệu quả và không thể thiếu trên xe. Tuy nhiên, trang bị nào cũng phải được nâng cấp để hoàn thiện hơn. Đối với bộ lọc loại này, chúng chỉ hoạt động một cách hiệu quả khi đạt được nhiệt độ cần thiết. Cùng với đó, các loại vật liệu như rhodium, palladium hay platinum được sử dụng làm các chất xúc tác là các vật liệu hiếm và đắt tiền, dẫn đến sự việc xảy ra các vụ trộm bộ lọc của xe hơi trong thời gian gần đây.
Tổng hợp
