Conversores Automotivos: (Catalisador)

Conversores Automotivos: (Catalisador)

A atmosfera se tornou um dos principais lugares para o deposito de materiais indesejáveis, causando diversos problemas ambientais. Destacando os principais no dia de hoje estão o efeito estufa, a chuva ácida e o aquecimento global.

Um dos principais inimigos, e que mais contribuem para a poluição do ar é o automóvel. Nas áreas urbanas esse fato é muito fácil de ser analisado pela fumaça fotoquímica, oriunda da interação entre os óxidos de nitrogênio, hidrocarbonetos e a luz solar, que formam os produtos da oxidação, que causam irritação aos olhos, danos ao aparelho digestivo e as plantas. Além desses compostos, os automóveis também emitem o monóxido de carbono, dióxido de enxofre e compostos aromáticos, que contribuem diretamente para a fumaça fotoquímica e também de outras formas de poluição. As composições dos combustíveis usados nos automóveis contribuem diretamente na forma de poluição que o meio ambiente esta sujeito a receber.

O conversor catalítico surgiu como a principal alternativa para eliminar os compostos orgânicos em baixas concentrações em fase vapor que são expelidos no meio ambiente através dos automóveis. Esse processo surge com uma vantagem em relação a outros meios de descontaminação, pelo baixo consumo de energia, pelo uso de unidade de depuração de pequeno porte e baixa produção de poluentes secundários, e principalmente pela grande eficiência em baixas concentrações de poluentes. Somados a essas vantagens, a conscientização dos problemas resultantes pela poluição do ar, e da diminuição das reservas de combustíveis fosseis, resultaram num maior interesse nesses processos de combustão que pudessem reduzir os níveis de emissão dos poluentes e consequentemente aumentar a eficiência do próprio processo.

Os primeiros estudos para a instalação dos conversores começaram na década de cinquenta, e foram quase que 100% direcionados ao mercado automotivo da Califórnia, especificamente nos veículos com um maior índice de emissões. Porém os conversores automotivos não ganharam a preferencia e não foram comercializados, pois estudos destacaram que era mais viável e econômico modificar os sistemas de carburação e ignição dos carros, instalando componentes que reduziriam os níveis de emissões.

No fim da década de sessenta os padrões na exigência da qualidade do ar se elevou bastante, e através de estudos observaram que só as modificações nos sistemas de carburação e ignição não seriam suficientes para atingir o novo padrão de qualidade do ar, seria necessário um novo sistema auxiliar na redução das emissões e mais uma vez os conversores catalíticos entraram em evidencia como o principal candidato na redução das emissões.

Inicialmente foram fabricados dois tipos de conversores catalíticos, um era composto por dois conversores, o outro por somente um conversor que era composto por dois leitos catalíticos, ou seja, os dois tinham a mesma função. O primeiro conversor ou o primeiro leito catalítico, catalisava a redução de óxidos de nitrogênio para nitrogênio, enquanto o segundo oxidava monóxido de carbono e hidrocarbonetos não carburados a dióxido de carbono e água.

No ano de 1970, foi proposto um conversor que catalisava todas as reações simultaneamente, porem esse sistema era limitado, devido à estreita faixa de valores da razão ar/combustível exigida na carburação. Na busca de aprimorar esses novos conversores, tentavam desenvolver um sistema capaz de atingir altas conversões de dióxido de carbono, óxidos de nitrogênio e hidrocarbonetos.

Os primeiros conversores catalíticos comerciais, passaram a ser utilizados entre os anos de 1976 e 1979, e removiam somente monóxido de carbono e hidrocarbonetos, os índices na emissão de óxidos de nitrogênio que eram exigidos, eram obtidos reciclando o gás de exaustão que diluía o gás de combustão diminuindo a temperatura da chama de combustão, obtendo uma menor produção térmica desses compostos. Os motores eram acionados através de uma mistura cuja composição era superior à estequiométrica, para ter um índice ainda maior na redução de oxido nítrico, e o ar secundário era introduzido no gás de exaustão para fornecer oxigênio suficiente para a oxidação catalítica dos hidrocarbonetos e do monóxido de carbono.

Durante o período de desenvolvimento dos conversores automotivos, diversos materiais catalíticos entraram em estudo, dentre esses materiais os principais foram a platina, o paládio, cobre, cromo, níquel e o manganês. A platina e o paládio ganharam um maior destaque por serem excelentes catalisadores de oxidação, porem os outros metais estudados (cobre, cromo, níquel e manganês), tinham um custo menor financeiro menor e uma maior disponibilidade, desta maneira esses metais mais viáveis ganharam uma ênfase maior para uma aplicação comercial Porem apesar do alto custo e da baixa disponibilidade do paládio e da platina, os primeiros conversores automotivos, ou seja, a primeira geração de catalisadores de oxidação eram compostos por uma combinação de platina e paládio, e trabalhavam dentro de faixa de temperatura estipulada entre 250 a 600 graus Celsius, com determinadas velocidades espaciais que variavam de 10.000 a 100.000 L/h, eles apresentavam diversos problemas de desativação, provenientes das impurezas encontradas nos gases de exaustão, por exemplo, os óxidos de enxofre o chumbo tetraetila encontrado na gasolina, e o fósforo e o zinco característicos dos óleos lubrificantes.

Relacionando os efeitos da temperatura sobre a estabilidade dos catalisadores a base de platina e paládio, ficou evidente que o catalisador perdia atividade como resultado da sinterização do suporte (Alamina). As características do catalisador parcialmente desativado provou que o solido sofria uma grande sinterização, acompanhada da mudança de