Introdução

Há milhões de carros nas ruas do mundo - e cada um deles polui o ar. Especialmente nas grandes cidades, a quantidade de poluição que todos os carros produzem juntos pode criar grandes problemas.

Na Europa, nos EUA e no Brasil foram criadas normas para limitar a quantidade de poluição que os carros podem produzir. Para se adequar a estas leis, os fabricantes de automóveis promoveram várias melhorias nos motores e nos sistemas de alimentação. Para ajudar a reduzir ainda mais os poluentes, elas desenvolveram um dispositivo interessante, chamado catalisador, que trata os gases de escapamento antes que eles saiam do automóvel, removendo bastante poluição.

Poluentes produzidos pelo motor de um carro

A fim de reduzir as emissões, motores de carros modernos controlam cuidadosamente a quantidade de combustível que queimam. Eles procuram manter a mistura ar-combustível bem próxima do ponto estequiométrico, que é a proporção ideal de ar para que ocorra uma combustão.

Teoricamente, nessa proporção, todo o combustível será queimado usando todo o oxigênio no ar. Para a gasolina, a proporção estequiométrica é de aproximadamente 14,7: 1. Isso significa que, para cada grama de gasolina, serão queimadas 14,7 gramas de ar.
 
Na verdade, a proporção ideal varia bastante durante o funcionamento do carro. Às vezes, a mistura de combustível pode ser pobre (proporção de ar para combustível acima de 14,7); em outros momentos, pode ser rica (proporção abaixo de 14,7). Para o álcool etílico hidratado usado no Brasil, o ponto estequiométrico é 9:1.

As principais substâncias emitidas por um motor de carro são:

- gás nitrogênio (N2) - em sua constituição, o ar tem 78% de gás nitrogênio. Grande parte dessa substância passa pelo motor do veículo;

- dióxido de carbono (CO2) - é um dos produtos da combustão. O carbono do combustível se une com o oxigênio do ar;

- vapor de água (H2O) - é outro produto da combustão. O hidrogênio do combustível se une com o oxigênio do ar.

Essas descargas são, em sua maioria, benignas (embora as emissões de CO2 (conhecido também como gás carbônico, contribuam para o efeito estufa e o aquecimento global). Porém, como o processo de combustão não é perfeito, também são produzidas substâncias prejudiciais, tais como:

- monóxido de carbono (CO) - gás venenoso, sem cor e inodoro;

- hidrocarbonetos ou compostos orgânicos voláteis (VOCs) - produzidos principalmente por combustível não queimado, que evapora. A luz solar quebra os hidrocarbonetos para formar oxidantes. Estes reagem com óxidos de nitrogênio, transformando-se em ozônio (O3), de baixa altitude, um componente importante da poluição do ar ao formar a névoa fotoquímica (smog em inglês);

- óxidos de nitrogênio (NO e NO2, quando juntos, são chamados de NOx) - contribuem para o smog e para a chuva ácida e causam irritação das mucosas humanas.

Essas são as três principais substâncias sujeitas a limites. A função dos catalisadores é reduzi-las.

Como os catalisadores reduzem a poluição

A maioria dos carros modernos é equipada com catalisadores de três vias. A expressão "três vias" se refere às três substâncias que eles ajudam a reduzir - monóxido de carbono, VOCs e moléculas de NOx. A peça catalisadora na verdade usa dois diferentes tipos de catalisadores: um de redução e outro de oxidação. Ambos consistem em uma estrutura cerâmica coberta por um catalisador de metal, geralmente platina, ródio e/ou paládio. A idéia é criar uma estrutura que exponha o máximo da área da superfície catalisadora para o fluxo de descarga ao mesmo tempo em que se procura minimizar o trabalho dos catalisadores, pois são muito caros.

Há dois tipos principais de estruturas usadas em catalisadores - núcleo tipo colméia e em cerâmica porosa. A maioria dos carros usa o primeiro.

O catalisador de redução

É a primeira parte do catalisador. Usa platina e ródio para ajudar a reduzir a saída de NOx. Quando as moléculas NO ou NO2 entram em contato com o catalisador, ele "expulsa" o átomo de nitrogênio para fora da molécula. Com isso, o átomo fica retido e o catalisador libera o oxigênio na forma de O2. Os átomos de nitrogênio se unem com outros átomos de nitrogênio. Todos são retidos pelo equipamento, formando N2. Por exemplo:

2NO = N2 + O2 ou 2NO2 = N2 + 2O2

O catalisador de oxidação

É a segunda parte do catalisador. Reduz os hidrocarbonetos não-queimados e o monóxido de carbono, queimando-os (oxidação) sobre o catalisador de platina e paládio. Isso ajuda na reação do CO e dos hidrocarbonetos com o restante do oxigênio nos gases de escapamento. Por exemplo:

2CO + O2 = 2CO2

Mas, de onde veio este oxigênio?

O sistema de controle

A terceira parte é um sistema de controle que monitora o fluxo de descarga e usa essa informação para controlar o sistema de injeção de combustível. Há um sensor de oxigênio colocado antes do catalisador, portanto mais próximo do motor que o catalisador.

Este sensor diz ao computador do motor quanto oxigênio há no nos gases de escapamento. Sendo assim, o computador pode aumentar ou diminuir essa quantidade de oxigênio através de um ajuste na mistura ar-combustível. Este esquema de controle permite que o computador tenha certeza de que o motor está funcionando bem perto do ponto estequiométrico e também ajuda a certificar que há oxigênio o suficiente para permitir que o catalisador de oxidação queime o restante dos hidrocarbonetos e CO.

Outras formas de reduzir a poluição

O catalisador faz um excelente trabalho na redução da poluição, mas ele ainda pode ser substancialmente melhorado. Uma das suas maiores falhas é só trabalhar em uma temperatura relativamente alta. Quando você liga o seu carro ainda frio, o catalisador não faz quase nada para reduzir a poluição pelo escapamento do seu carro.

Uma solução simples para o problema é colocar o catalisador mais próximo do motor. Desta maneira, aqueles gases mais quentes alcançarão o logo catalisador e ela será aquecido mais  rapidamente. No entanto, isso também pode reduzir a vida do catalisador, pois ele será exposto a temperaturas extremamente altas.

A maioria dos fabricantes posiciona o catalisador na região debaixo do banco do passageiro dianteiro. Assim, ele fica suficientemente distante do motor, mantendo a temperatura em níveis que não o afetarão. Hoje, porém, com o desenvolvimento da construção de catalisadores, são inúmeros os modelos de automóveis que vêm com o catalisador instalado imediatamente após o coletor de escapamento.

Pré-aquecimento - o modo mais fácil para pré-aquecer o catalisador é usar aquecedores a resistência elétrica. Infelizmente, na maioria dos carros, os sistemas elétricos de 12 volts não fornecem energia ou potência elétrica suficiente para aquecer rapidamente o catalisador. A maioria das pessoas não esperaria vários minutos para aquecer o catalisador antes de ligar o carro. Carros híbridos que têm grandes baterias de alta voltagem podem prover energia para aquecer o catalisador rapidamente.