Como funciona o conversor catalítico?

By Redação on 11 Junho, 2024

Provavelmente já ouviu falar do catalisador para o seu veículo, seja um motociclo ou um automóvel. Vamos então conhecer melhor esta espécie de filtro para os gases de escape, destinado a reduzir a emissões tóxicas para o ambiente.

O catalisador está instalado em praticamente todos os veículos em circulação há décadas, como um dispositivo para limpar as emissões de escape do veículo antes de serem libertadas para o ambiente. Mas como funciona?

Comecemos pelo que sai do escape. O motor de um veículo produz gases chamados emissões, resultantes da queima de combustíveis fósseis em combinação com o ar. As emissões dos veículos contêm muitos compostos químicos diferentes, alguns mais nocivos do que outros.

Alguns destes subprodutos são perfeitamente seguros. Por exemplo, o ar é constituído por 78% de azoto gasoso (N2). Parte deste azoto reage com o oxigénio durante a combustão. Isto produz alguns óxidos de azoto (NOx), que são tóxicos. Alguns subprodutos da combustão podem causar problemas de saúde, incluindo dificuldades respiratórias, doenças cardiovasculares e cancro. São causados por óxidos de azoto (NOx), hidrocarbonetos não queimados, partículas de carbono e compostos orgânicos voláteis (COV).

Alguns subprodutos podem também poluir o nosso ambiente. A precipitação ácida e a poluição do ar e da água são causadas por dióxido de carbono (CO2), óxidos de azoto (NOx) e óxidos de enxofre. Os motores de automóveis e motos também libertam monóxido de carbono (CO). Este gás venenoso pode substituir o oxigénio na corrente sanguínea. Se respirar o suficiente, pode até sufocar.

Quando foi inventado o catalisador?

O engenheiro francês Eugène Houdry inventou o catalisador por volta de 1950. Eugène tinha passado a maior parte da sua carreira a desenvolver melhores combustíveis para os automóveis. No entanto, nessa altura, os cientistas estavam a começar a tomar conhecimento da poluição atmosférica causada pelos automóveis. Assim, Houdry concebeu o conversor catalítico para limpar as emissões de escape.

No entanto, as emissões da gasolina com chumbo danificaram os conversores catalíticos. Em 1975, os cientistas desenvolveram a gasolina sem chumbo. Nesse ano, a Agência de Proteção Ambiental dos EUA tornou os conversores catalíticos obrigatórios em todos os automóveis novos. Outros países seguiram-no rapidamente.

Como funciona um catalisador?

O catalisador está ligado ao tubo de escape. Trata-se de uma protuberância ao longo do tubo de escape, com um favo de mel em cerâmica no seu interior. O favo de mel é revestido com uma mistura de platina (Pt), paládio (Pd) e ródio (Rh). Estes metais nobres são bons a resistir à oxidação, à corrosão e ao ácido. Isto significa que podem resistir a todos os químicos libertados pelo motor. Estes metais são os catalisadores. Os catalisadores são compostos que desencadeiam uma reação química sem serem eles próprios afectados. Os conversores catalíticos têm uma estrutura em favo de mel porque proporcionam uma grande área de superfície para muitas reacções.

Os catalisadores nos conversores catalíticos provocam reacções de oxidação e redução (redox) para reduzir as emissões nocivas. A platina e o ródio participam nas reacções de redução, reduzindo os óxidos de azoto (NOx) nos gases de escape. Fazem-no removendo átomos de azoto das moléculas de óxido de azoto (NO e NO2) e libertando átomos de oxigénio. Os átomos de oxigénio livres formam o gás oxigénio (O2). Em seguida, os átomos de azoto ligados ao catalisador reagem entre si. Isto dá origem ao gás nitrogénio (N2). Os gases oxigénio e azoto são ambos seguros para respirar.

Reacções de redução:

Ácido nítrico 2NO → N2 + O2

Dióxido de azoto 2NO2 → N2 + 2O2

A platina e o paládio participam nas reacções de oxidação. Estas reduzem os hidrocarbonetos (HC) e o monóxido de carbono (CO) nos gases de escape. Primeiro, o monóxido de carbono e o oxigénio combinam-se para formar dióxido de carbono (CO2). Em seguida, os hidrocarbonetos não queimados e o oxigénio combinam-se para formar dióxido de carbono e água (H2O). É por esta razão que se pode ver água a pingar do escape, especialmente numa manhã fria. O dióxido de carbono, por outro lado, é seguro para respirar em baixas concentrações.

Reacções de oxidação:

Reação 1: 2CO + O2 → 2CO2

Reação 2: HC + O2 → CO2 + H2O

Os conversores catalíticos modernos também têm um ou dois sensores de oxigénio. Este detecta a proporção de combustível e ar no escape. Demasiado combustível no motor deixa hidrocarbonetos não queimados após a combustão. Demasiado oxigénio produz mais óxidos de azoto. Se a relação não estiver correcta, o sensor de oxigénio altera a quantidade de combustível que entra no motor.

Há um senão…

Os conversores catalíticos só começam a funcionar entre 200 e 300 graus Celsius, e funcionam plenamente entre 400 e 600 graus Celsius. Como tal, o motor emite a mesma quantidade de poluentes que um veículo sem conversor no arranque. É por isso que os motores modernos com injeção de combustível funcionam a rotações mais elevadas no arranque, para que o catalisador atinja rapidamente a temperatura de funcionamento.