Anda mungkin pernah mendengar tentang penukar bermangkin ekzos, atau juga dikenali sebagai pemangkin ekzos (catalytic converter) untuk kenderaan anda, sama ada motosikal atau kereta.

Penukar bermangkin telah dipasang pada hampir semua kenderaan di jalan raya selama beberapa dekad, sebagai alat untuk membersihkan pelepasan ekzos kenderaan sebelum dilepaskan ke alam sekitar. Tetapi bagaimana ia berfungsi?

Kita mulakan dengan apa yang keluar dari ekzos

Enjin kenderaan menghasilkan gas pelepasan yang terhasil daripada pembakaran bahan api fosil setelah bercampur dengan udara. Pelepasan ekzos mengandungi banyak sebatian kimia yang berbeza, sesetengahnya lebih berbahaya daripada yang lain.

Sebahagian daripada produk sampingan ini selamat. Sebagai contoh, udara terdiri daripada 78% gas nitrogen (N₂). Sebahagian daripada nitrogen ini bertindak balas dengan oksigen semasa pembakaran. Ini menghasilkan beberapa oksida nitrogen (NOx), yang beracun.

Sesetengah hasil sampingan pembakaran boleh menyebabkan masalah kesihatan termasuk kesukaran bernafas, penyakit kardiovaskular dan kanser. Ia disebabkan oleh nitrogen oksida (NOx), hidrokarbon tidak terbakar, zarah karbon dan sebatian organik meruap (volatile organic compounds/VOC).

Sesetengah produk sampingan juga boleh mencemarkan alam sekitar kita dengan hujan dan embun berasid, pencemaran udara dan air disebabkan oleh karbon dioksida (CO₂), nitrogen oksida (NOx), dan sulfur oksida.

Enjin kereta juga mengeluarkan karbon monoksida (CO). Gas beracun ini boleh menggantikan oksigen dalam aliran darah anda. Jika darah anda tepu dengan karbon monoksida, anda akan lemas.

Bilakah penukar bermangkin dicipta?

Jurutera Perancis Eugène Houdry mencipta penukar bermangkin sekitar tahun 1950. Dia telah menghabiskan sebahagian besar kerjayanya untuk menghasilkan bahan api yang lebih baik untuk kereta. Walaubagaimanapun, para saintis mula mengetahui tentang pencemaran udara yang disebabkan oleh kereta pada masa itu. Jadi, Houdry merekabentuk penukar bermangkin untuk membersihkan pelepasan ekzos.

Walaubagaimanapun, pelepasan daripada petrol berplumbum merosakkan penukar bermangkin. Menjelang tahun 1975, saintis telah membangunkan petrol tanpa plumbum. Pada tahun itu, Agensi Perlindungan Alam Sekitar A.S. mewajibkan penukar bermangkin dipasang pada semua kereta baharu. Negara lain segera menyusul.

Bagaimanakah ia berfungsi?

Penukar bermangkin dipasang pada paip ekzos di bawah kenderaan. Ia adalah bonjolan di sepanjang paip ekzos, dengan sarang lebah seramik di dalamnya. Sarang itu disalut dengan campuran platinum (Pt), paladium (Pd) dan rhodium (Rh). Logam-logam ini baik untuk menentang pengoksidaan, hakisan dan asid. Ini bermakna mereka boleh tahan terhadap semua bahan kimia yang dikeluarkan oleh enjin (kecuali plumbum).

Logam-logam inilah pemangkin. Pemangkin ialah sesuatu bahan yang mencetuskan tindak balas kimia tanpa menjejaskan atau menukar bentuk diri mereka sendiri. Penukar bermangkin mempunyai struktur sarang lebah kerana ia menyediakan lebih banyak keluasan permukaan untuk tindak balas.

Pemangkin ini menyebabkan tindak balas pengoksidaan dan pengurangan (redox) untuk mengurangkan pelepasan berbahaya.

Platinum dan rhodium mengambil bahagian dalam tindak balas pengurangan dengan mengurangkan oksida nitrogen (NOx) dalam ekzos. Mereka melakukan ini dengan mengeluarkan atom nitrogen daripada molekul nitrogen oksida (NO dan NO₂), dan melepaskan atom oksigen. Atom oksigen bebas membentuk gas oksigen (O2).

Kemudian, atom nitrogen yang melekat pada mangkin bertindak balas antara satu sama lain. Ini menghasilkan gas nitrogen (N₂). Oksigen dan gas nitrogen kedua-duanya selamat dihirup.

Tindakbalas Pengurangan

Asid nitrik 2NO → N₂ + O₂

Nitrogen dioksida 2NO₂ → N₂ + 2O₂

Platinum dan paladium mengambil bahagian dalam tindak balas pengoksidaan. Ini mengurangkan hidrokarbon (HC) dan karbon monoksida (CO) dalam ekzos. Pertama, karbon monoksida dan oksigen bergabung membentuk karbon dioksida (CO₂). Kemudian, hidrokarbon dan oksigen yang tidak terbakar bergabung untuk membentuk karbon dioksida dan air (H₂O). Inilah sebabnya anda mungkin melihat air menitis daripada ekzos, terutamanya pada pagi yang sejuk. Karbon dioksida, sebaliknya, selamat untuk dinafas pada kepekatan rendah.

Tindakbalas Pengoksidaan

Tindakbalas 1: 2CO + O₂ → 2CO₂

Tindakbalas 2: HC + O2 → CO₂ + H₂O

Penukar bermangkin moden juga mempunyai satu atau dua sensor (penderia) oksigen. Ia mengesan nisbah bahan api dan udara dalam ekzos. Jika terlalu banyak bahan api dalam enjin, ia meninggalkan hidrokarbon tidak terbakar selepas pembakaran. Terlalu banyak oksigen pula menghasilkan lebih banyak nitrogen oksida. Penderia itu akan menghantar data kepada unit kawalan enjin (ECU)  dan nisbahnya diukur. ECU akan menukar jumlah bahan api yang disuntik ke dalam enjin jika mendapati nisbah itu tidak betul.

Tetapi ada syarat

Penukar bermangkin hanya mula berfungsi antara 200 hingga 300 darjah Celsius dan berfungsi sepenuhnya antara 400 hingga 600 darjah Celsius. Oleh itu, enjin mengeluarkan jumlah pencemaran yang sama seperti kenderaan tanpa penukar semasa ia dihidupkan daripada keadaan sejuk. Inilah sebabnya mengapa enjin suntikan bahan api moden berjalan pada RPM yang lebih tinggi semasa permulaan agar dapat memanaskan penukar sehingga dengan lebih cepat.

Kecurian penukar bermangkin

Ini adalah masalah di seluruh dunia, termasuk di Malaysia. Pencuri hendak mencari platinum atau mejual semula penukar bermangkin di pasaran gelap.

Penutup

Kami hanya membincangkan asas penukar pemangkin, kerana terdapat banyak lagi untuk ditulis. Apapun kami berharap anda dapat mendapat sedikit-sebanyak maklumat mengenai komponen yang penting ini.