Catalytic Converter (katalisator) Alat Untuk Mengurangi Emisi Gas Buang Kendaraan Bermotor

A. Catalytic Converter (katalisator).

Catalytic Converter atau katalisator adalah salah satu alat untuk menekan dan mengendalikan gas emisi pada kendaraan. Catalytic Converter, selanjutnya disebut katalisator ini berfungsi mereduksi sejumlah emisi yang dihasilkan pembakaran dari mesin.

Alat ini bekerja menggunakan katalis untuk menstimulasikan reaksi kimia yang dihasilkan dari pembakaran yang dikonversikan menjadi emisi yang tidak berbahaya. Contohnya karbon monoksida (CO) yang berbahaya menjadi karbon dioksida CO2.

Pada kendaraan roda empat, katalisator mampu mengubah karbon monoksida (CO), Hidro Carbon (HC) dan Nitrogen Oksida (NOx) menjadi gas yang tidak berbahaya. Hasil uji emisi menjadi parameter yang valid.

Katalisator bekerja pada temperatur 300 – 800ºC, mulai bekerja maksimum (100

%) bila suhu pada katalis meningkat hingga 400ºC. Umur katalisator akan pendek jika temperatur melebihi 800ºC.

Kendaraan yang dilengkapi katalisator perlu menggunakan bensin bebas timbal, karena timbal menempel pada permukaan katalis dan sensor oksigen (O2 sensor). Efek optimal tidak bisa didapatkan bila menggunakan bensin yang mengandung timbal.

Alumina atau zat katalis melapisi pola bergerigi monolitik yang berlubang-lubang. Zat berbahaya dimurnikan dengan dilewatkan melalui lubang-lubang tersebut. Tipe ini disebut monolitik, ada dua tipe monolit; tipe keramik dan logam. Semakin tipis geriginya, semakin bagus tingkat pemurniannya.

B. Bagian - Bagian Komponen Catalytic converter

Bagian komponen katalityc Conventer Antara Lain :

1) Inti katalis (substrate). Pengguventer antara lnaan katalisator pada bidang otomotif biasanya menggunakan inti dari keramik monolit dengan struktur sarang lebah (honeycomb). Monolit tersebut dilapisi oleh FeCrAl pada beberapa aplikasi.

2) Waistcoat. Waistcoat adalah pembawa material katalis digunakan untuk menyebarkan katalis tersebut pada area yang luas sehingga katalis mudah bereaksi dengan gas buang. Washcoat biasanya terbuat dari aluminium oksida, titanium oksida, silikon oksida dan campuran silika dan alumina. Washcoat dibuat dengan permukaan agak kasar dan bentuk yang tidak biasa untuk memaksimalkan luas permukaan yang kontak dengan gas buang sehingga katalis dapat bekerja secara lebih efektif dan efisien.

3. Katalis. Katalis biasanya terbuat dari logam mulia. Platina adalah katalis yang paling aktif diantara logam mulia lainnya dan secara luas digunakan namun tidak cocok dengan segala aplikasi karena adanya rekasi tambahan yang tidak diinginkan serta harganya yang mahal. Palladium dan rhodium adalah jenis logam mulia lainnya yang biasa digunakan secara bersamaan. Palladium berfungsi sebagai katalis reaksi oksidasi, rhodium digunakan sebagai katalis reaksi reduksi

C. Prinsip dasar katalisator

Di dalam katalisator, terjadi proses oksidasi lanjutan secara cepat pada suhu yang relatif rendah.Gas CO, HC dan NO_x direaksi dengan O₂ di dalam katalisator sehingga menjadi gas CO_2, H₂O dan N₂ yang tidak beracun.

Proses Pengurangan Emisi Gas Buang

Sumber ( Modul Kontrol emisi Halaman 18 )

Ada bahan-bahan yang dapat memperlancar reaksi kimia, tanpa bahan tersebut ikut bereaksi. Gejala ini disebut katalisa dan bahan-bahan yang memperoleh efek tersebut katalisator.

Tipe katalisator ada 2 berdasarkan jumlah polutan yang dapat direaksi, yaitu:

1). Katalisator Oksidasi (Two way catalyst).

Gas CO dan HC direaksikan dengan O₂ di dalam katalisator sehingga menjadi gas CO₂ dan H₂O yang tidak beracun. Namun ini perlu persyaratan yaitu harus menggunakan bensin tanpa timah hitam untuk mencegah penutupan permukaan katalisator, temperatur katalisator harus kurang lebih 500ºC dan dipasang dekat dengan saluran buang (manifold buang) serta perlu penambahan O₂ untuk melancarkan reaksi dalam katalisator.

Adapun cara penambahan udara dilakukan dengan cara sebagai berikut

a. Pompa Udara

Katalisator dengan penambahan udara

b. Katup membran pulsair

Namun kedua cara ini punya kerugian yaitu sering gangguan pada sistem penambahan udara(pompa rusak, katup pulsair rusak, jet udara tersumbat), gas NO_x tidak dapat direduksi.

Di dalam katalisator jenis oksidasi ini terdapat 2 reaksi simultan :

· Oksidasi karbon monoksida menjadi karbon dioksida : 2CO + O2 —–> 2CO2

· Oksidasi senyawa hidrokarbon (yang tidak terbakar / terbakar parsial) menjadi karbon dioksida dan air : CxH2x+2 + [(3X+1)/2] O2 —–> xCO2

+ (x+1) H2O (reaksi pembakaran)

2). Katalisator Reduksi Oksidasi (Three way catalyst).

Proses katalisa dijalankan tanpa penambahan udara, oksigen dilepas dari NO_x (terbentuk N₂ dan O₂), kemudian langsung bereaksi dengan HC dan CO (terbentuk CO₂ dan H₂O)

Persyaratannya sistem ini hanya bekerja dengan sempurna pada lamda = 1. Misal jika perbandingan campuran kurus lamda < 1, terjadi sisa oksigen pada gas buang

. O₂ ini cepat bereaksi dengan CO dan HC, akibatnya NO_x tidak akan direduksi dan tetap tertinggal

Untuk menjamin lamda = 1 digunakan pengatur elektronik yang bekerja berdasarkan perintah sensor oksigen O₂ di saluran buang.

Rangkaian skema katalisator diatas ini paling efisien dan jarang terjadi gangguan, namun sistem pengapian perlu dirawat dengan baik, karena jika ada salah satu silinder motor tidak hidup dengan baik, banyak campuran yang belum terbakar masuk ke dalam katalisator. Akibatnya katalisator mencair akibat temperatur pembakaran yang terlalu tinggi.

Di dalam converter jenis ini terdapat 3 reaksi simultan :

· Reaksi reduksi nitrogen oksida menjadi nitrogen dan oksigen : 2NOx —–> xO2 + N2

· Reaksi oksidasi karbon monoksida menjadi karbon dioksida : 2CO + O2 —–> 2CO2

· Reaksi oksidasi senyawa hidrokarbon yang tidak terbakar menjadi karbon dioksida dan air : CxH2x+2 + [(3x+1)/2]O2 → xCO2 + (x+1)H2O

Ketiga reaksi ini berlangsung paling efisien ketika campuran udara – bahan bakar (air to fuel ratio) mendekati ideal (stoikiometri) yaitu antara 14,6 – 14,8 berbanding1.

Oleh karena itu, katalisator sulit diaplikasikan pada mesin yang masih menggunakan karburator untuk pemasukan bahan bakar. katalisator paling ideal digunakan dengan mesin yang telah menggunakan closed loop feedback fuel injection.

Konstruksi Katalisator

Katalisator ditempatkan di belakang saluran buang (exhaust manifold) atau diantara muffler dengan header. Alasannya, katalisator cepat panas ketika mesin dinyalakan. Selain itu, sensor bisa segera bekerja untuk menginformasikan kebutuhan campuran bahan bakar udara yang tepat ke Engine Control Machine (ECM). Katalisator ini baru bekerja efektif ketika kondisinya panas.

Setiap mobil memiliki jumlah alat sensor yang berbeda, bergantung pada kebutuhan dan teknologi mesinnya. Umumnya mobil injeksi menggunakan dua sensor oksigen yang berbeda tempat.

Ketika sensor oksigen, misalnya, mendeteksi temperatur gas buang terlalu tinggi akibat jumlah bahan bakar yang sedikit dibandingkan udara, maka air-fuel ratio (AFR) menjadi "miskin". Informasi inilah yang akan diteruskan ke ECM. ECM pun segera bekerja melakukan penyetelan ulang komposisi bahan bakar dan udara sehingga proses pembakaran menjadi ideal.

Pipa buang adalah pipa baja yang mengalirkan gas sisa pembakaran dari exhaust manifold ke udara bebas. Konstruksinya dibagi menjadi beberapa bagian, yaitu pipa bagian depan, tengah, dan belakang. Susunannya sengaja dibuat demikian untuk mempermudah saat penggantian katalisator atau muffler, tanpa perlu melepas keseluruhan konstruksi sistem pembuangan.

Muffler berfungsi untuk mengurangi tekanan dan mendinginkan gas sisa pembakaran. Ini karena gas sisa pembakaran yang dikeluarkan dari mesin memiliki tekanan cukup tinggi, sekira 3 hingga 5 kg/cm2. Sedangkan suhunya bisa mencapai 600 hingga 800 derajat Celsius. Besaran panas ini kira-kira 34% dari energi panas yang dihasilkan mesin.

Kalau gas ini langsung disalurkan ke udara luar tanpa muffler, gas akan mengembang dengan cepat diiringi dengan suara ledakan yang cukup keras

Macam Macam Katalisator

Sumber ( Modul Emisi Gas Buang Hal ( 24 )

Katalisator telah terbukti memiliki manfaat untuk mengurangi emisi kendaraan bermotor. Namun, katalisator ternyata tetap memiliki beberapa efek pada lingkungan:

· Katalisator tidak mereduksi jumlah CO2 yang dihasilkan bahan bakar bahkan mengubah CO menjadi CO2. Padahal telah kita ketahui bersama bahwa CO2 ditengarai menjadi penyebab utama greenhouse effect (efek rumah kaca) yang mengakibatkan pemanasan global diseluruh dunia. Bahkan katalisator juga melepas N2O yang ternyata setelah diteliti 3 kali lebih besar efeknya dibandingkan CO2. EPA (Environmental Protection Agency), badan lingkungan hidup Amerika Serikat mencatat bahwa 3 % emisi nitrogen oksida dihasilkan oleh kendaraan bermotor.

· Air to fuel ratio kendaraan harus senantiasa pada kondisi stoikiometri saat penggunaan katalisator. Akibatnya kadar CO2 yang dihasilkan lebih banyak dibandingkan mesin dengan campuran miskin (lean burn engine).

katalisator membutuhkan logam mulia palladium dan rhodium. Salah satu pensuplai logam mulia ini adalah daerah industri Norilsk, Rusia. Ternyata industri untuk mengekstrak palladium dan rhodium tersebut mengasilkan polusi yang paling besar dibandingkan industri lainnya