ما هي الركيزة الخزفية؟

لطالما شكلت الركائز الخزفية حجر الزاوية في تقنية التحكم بانبعاثات المركبات منذ بدايتها في أوائل سبعينيات القرن الماضي، عندما طورت شركة كورنينج مادة الكوردييريت الاصطناعية وقالب بثق الركائز الخزفية على شكل قرص العسل. تحتوي هذه الركائز على آلاف القنوات الصغيرة المتوازية المفتوحة من كلا الطرفين، مما يسمح بتدفق عادم المركبة. توفر هذه القنوات مساحة سطح داخلية واسعة لدعم النشاط التحفيزي. عندما يكون حجم الركيزة بحجم علبة مشروب غازي تقريبًا، فإن مساحة سطحها الداخلي (بما في ذلك الطبقة الخارجية ذات المساحة السطحية العالية) تعادل تقريبًا مساحة ملعب كرة قدم أمريكية.

تتحمل هذه الركائز درجات حرارة عالية تتجاوز 1100 درجة مئوية (2000 درجة فهرنهايت)، وتتميز بمقاومة فائقة للصدمات الحرارية (بحيث تتحمل ارتفاعات درجة الحرارة السريعة في الصباحات شديدة البرودة). كما تتميز هذه الركائز بقدرة عالية على التكيف، ويمكنها استيعاب مجموعة واسعة من تركيبات المحفزات لإزالة التلوث الناتج عن البنزين والديزل والغاز الطبيعي والهيدروجين وأنواع الوقود الأخرى.

تُغطى الركيزة المُكتملة بمزيج من المواد الحفزية المناسبة، مما يحولها إلى مختبر كيميائي مصغر، ويسمح بمعالجة كميات كبيرة من غازات العادم بكفاءة. عند درجات الحرارة العالية للمحرك أثناء التشغيل، تتفاعل غازات العادم، مثل أكاسيد النيتروجين وأول أكسيد الكربون، مع المحفز، فتتحول إلى نيتروجين وماء غير ضارين، وثاني أكسيد الكربون الأقل ضرراً.

كانت الركائز الخزفية التجارية الأولى ذات كثافة خلوية منخفضة (حوالي 200 خلية/بوصة مربعة) وجدران أكثر سمكًا (حوالي 12 ميل أو 0.012 بوصة أو 0.3 مم) بحجم ركيزة يعادل أربعة أضعاف إزاحة المحرك (أي حجم أسطوانة المحرك). ومع تطور تقنيات المواد والتصنيع، أصبح من الممكن الحصول على كثافات خلوية أعلى، وجدران أرق، ومسامية أكبر.

في سيارات السيدان الأمريكية العادية، سواءً كانت تعمل بالبنزين أو الهجينة، يوجد نوعان أو ثلاثة أنواع من المواد المساعدة لتلبية معايير الانبعاثات الغازية الأمريكية الصارمة. فمباشرةً بعد المحرك، توفر المواد المساعدة المتصلة مباشرةً، ذات الكثافة الخلوية العالية، مساحة سطحية هندسية كبيرة تسمح للمحفز بإجراء التحويلات الغازية الأولية. أما في الجزء السفلي من السيارة، فتوجد عادةً مادة مساعدة ذات كثافة خلوية أقل للمساعدة في تنقية الانبعاثات النهائية.