Catalytic Converter

Kendaraan bermotor menggunakan bahan bakar sebagai sumber energi agar dapat bergerak. Energy tersebut di aktifkan dengan cara membakar bahan bakar. Bahan bakar kendaraan mengandung campuran senyawa hidrokarbon (senyawa yang mengandung unsur karbon dan hidrogen). Ketika di bakar, unsur-unsur tersebut akan menghasilkan gas nitrogen (N₂), karbon dioksida(CO₂) dan uap air (H₂O) yang di kenal dengan istilah gas buangan.

Gas-gas hasil pembakaran tidak membahayakan kesehatan. Setiap detik, kita menghirup gas nitrogen karena udara yang kita hirup megandung 78% gas nitrogen. Karbon dioksida terbentuk dari hasil reaksi antara unsur karbon dan oksigen, sedangkan uap air merupakan hasil reaksi unsur hidrogen dan oksigen. Gas karbon dioksida berperan penting dalam proses fotosintesis. Gas karbon dioksida dan uap air tidak membahayakan kesehatan. Gas hasil pembakaran yang bagaimanakah yang dapat membahayakan kesehatan?

Gas-gas buangan yang di sebutkan tadi hanya di hasilkan jika pembakaran berlangsung sempurna. Artinya seluruh senyawa hidrokarbon habis bereaksi, tidak ada yang tersisa. Akan lain halnya jika pembakaran tidak sempurna. Bahan bakar yang tidak terbakar sempurna akan menghasilkan gas karbon monoksida (CO), hidrokarbon atau volatile organic compounds (VOCs) dan oksida nitrogen.

Gas karbon monoksida merupakan gas beracun yang tidak berwarna dan berbau, senyawa hidrokarbon berasal dari sisa senyawa hidrokarbon yang tidak ikut terbakar. Sinar matahari dapat mengakibatkan senyawa bereaksi dengan oksida nitrogen yang merusak lapisan ozon (O_3­­), senyawa kimia yang berperan dalam pembentukan smog. Adapun oksida nitrogen baik dalam bentuk gas nitrogen monoksida ataupun nitrogen dioksida, berperan dalam pembentukana smog dan hujan asam. Selain itu, oksida nitrogen dapat mengiritasi lapisan membran manusia.

Kita dapat mengatasi gas buangan hasil pembakaran tidak sempurna ini dengan cara mengatur komposisi jumlah bahan bakar agar mendekati nilai titik stoikiometri. Titik stoikiometri menyatakan perbandingan ideal antara udara dan bahan bakar. Komposisi jumlah bahan bakar yang mendekati titik stoikiometri, seluruh hidrokarbonnya akan terbakar dengan oksigen di udara. Bensin, mempunyai titk stoikiometri  sekitar 14,7 : 1. Artinya, setiap 1 liter bensin membutuhkan 1,47 liter udara. Upaya lain yang dapat di lakukan yaitu dengan cara memasang katalitik konverter di kendaraan. Alat ini dapat mengubah gas oksida nitrogen, CO, dan HC menjadi gas yang tidak berbahaya. Oksida nitrogen di ubah menjadi gas nitrogen dan gas oksigen, gas karbon monoksida di ubah menjadi gas karbon dioksida, sedangkan hidrokarbon yang tidak terbakar di ubah menjadi gas karbon dioksida dan uap air. Pertanyaannya, bagaimana katalitik konverter melakukan semua itu ?

Alat katalitik konverter tersusun dari dua katalis , yaitu katalis reduksi (reduction catalyst) dan katalis oksidasi (oxidization catalyst). Kedua katalis ini di lapisi katalis logam, seperti platinum, rodium, dan palladium. Baik katalis reduksi maupun katalis oksidasi, struktur permukaannya di desain sedemikian rupa untuk memaksimalkan permukaan katalis sekaligus meminimalkan jumlah katalis yang di pakai. Perlu di ketahui, harga katalis logam mahal. Ada dua jenis struktur permukaan, yaitu struktur sarang lebah (honeycomb) dan keramik (ceramic beads). Struktur sarang lebah paling banyak di gunakan.

Katalis reduksi berfungsi mengurangi emisi oksidasi nitrogen dengan cara mengubahnya menjadi gas nitrogen dan oksigen. Logam platinum dan rodium berfungsi sebagai katalis untuk mempercepat reaksi, ketika molekul NO atau NO₂ bersinggungan dengan katalis logam, permukaan katalis memecah oksida nitrogen menjadi atiom nitrogen dan oksigen. Atom nitrogen di tahan di permukaan katalis. Sedangkan unsur oksigen di ubah menjadi molekul O₂. Selanjutnya atom nitrogen yang bertahan dalam katalis berikatan dengan atom nitrogen lainnya sehingga membentuk gas nitrogen (N₂).

Katalis oksidasi berfungsi mengubah senyawa hidrokarbon yang tidak terbakar di ruang bakar dan karbon monoksida menjadi gas karbon di oksida dan uap air. Caranya dengan mengalirkan gas oksigen ke dalam katalitik konverter sehingga sisa senyawa hidrokarbon dan karbon monoksida akan bereaksi dengan gas oksigen. Reaksi karbon monoksida dan oksigen menghasilkan karbon dioksida, sedangkan senyawa hidrokrbon akan bereaksi dengan oksigen menghasilkan karbon dioksida dan uapa air. Pada proses ini, laju reaksi yang terjadi di percepat oleh katalis platinum dan palladium.

Untuk menjelaskan reaksi-reaksi yang terjadi di dalam katalitik konverter, ahli kimia menggunakan persamaan reaksi sebagai berikut.

                Katalis reduksi :

                NO_x à O₂ + N₂

                Katalis oksidasi:

                2CO + O₂ à 2CO₂

                C_xH_y + ( x + y/4 )O₂ à xCO₂ + (y/2)H₂O

Seluruh proses tersebut di kendalikan oleh alat yang memonitor arus gas buangan. Informasi yang di peroleh di pakai lagi sebagai kendali sistem injeksi bahan bakar. Sebuah alat sensor oksigen di letakkan di antara mesin dan konverter. Sensor ini member informasi ke komputer mesin seberapa banyak oksigen yang ada di saluran gas buangan. komputer akan mengurangi atau menambah jumlah oksigen sesuai rasio udara bahan bakar. Sistem pengendalian membuat komputer mesin memastikan kondisi mesin mendekati stoikiometri dan memastikan ketersediaan oksigen di dalam saluran buangan unruk proses oksidasi hidrokarbon dan karbon monoksida yang belum terbakar.