개념 한 쪽
대기환경기사 저감장치 — 삼원촉매장치의 촉매 역할
저감장치 세트는 「배출가스를 장치 안에서 어떻게 바꾸는가」를 묻는다. 같은 10문항을 쓰는 저감기술 카드는 연소 조건과 연료·분사 기술을 맡고, 이 카드는 배기가스 뒤에 붙는 삼원촉매장치 하나를 맡는다 — 촉매마다 맡은 반응, 장치가 효율을 내는 조건, 그리고 촉매 재료의 변화이다.
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뜻
삼원촉매장치는 이름 그대로 세 가지 유해 물질을 한꺼번에 다룬다. 일산화탄소와 탄화수소는 산화 반응을 거쳐 이산화탄소와 물로 바뀌고, 질소산화물은 환원 반응을 거쳐 질소로 바뀐다. 이때 어느 촉매가 어느 반응을 맡는지가 단골 갈림길이다. 백금과 팔라듐은 산소를 붙이는 산화촉매로 일산화탄소와 탄화수소를 처리하고, 로듐은 산소를 떼어 내는 환원촉매로 질소산화물을 처리한다. 그래서 로듐이 산화를, 백금이 환원을 맡는다고 적은 선지, 환원촉매로 팔라듐을 적은 선지가 모두 역할을 뒤바꾼 설명이 된다. 값이 비싼 백금을 대신해 팔라듐을 함께 쓰는 것이 최근의 흐름이고, 니켈은 이 장치의 주요 성분으로 쓰이지 않는다.
이 장치가 힘을 내는 조건은 매우 좁다. 공기와 연료의 비율이 이론공연비(약 14.7) 언저리에 있을 때만 세 가지 물질을 함께 높은 효율로 바꾸어 낼 수 있고, 전환효율 80% 이상을 유지하는 범위도 약 14.5~15.0 정도로 좁다. 그래서 이 범위를 벗어나면 효율이 급격히 떨어진다. 공연비 범위가 14~19처럼 넓다는 설명이 거리 먼 보기가 되는 이유가 여기에 있다. 결국 이 장치는 촉매의 성능만이 아니라 공연비를 이론공연비 언저리에 붙잡아 두는 제어와 함께 보아야 제 몫을 한다.
예제
출제 패턴은 세 가지다. ① 촉매 역할 뒤바꾸기 — 로듐이 산화를, 백금이 환원을 맡는다고 적은 선지가 틀린다. ② 촉매 자리 바꾸기 — 질소산화물의 환원촉매로 팔라듐이나 니켈을 적은 선지가 오답이다. ③ 작동 범위 넓히기 — 높은 전환효율이 나오는 공연비 범위를 14~19처럼 넓게 적은 선지가 거리 먼 보기가 된다.
자주 묻는 물음
- 삼원촉매장치는 무엇을 하나요?
- 일산화탄소와 탄화수소는 산화시켜 이산화탄소와 물로, 질소산화물은 환원시켜 질소로 바꾸어 세 가지를 한꺼번에 줄입니다. 백금과 팔라듐이 산화를, 로듐이 환원을 맡습니다.
- 어느 촉매가 환원을 맡나요?
- 로듐입니다. 질소산화물을 질소로 되돌리는 환원 반응을 맡습니다. 백금과 팔라듐은 산소를 붙이는 산화촉매로 일산화탄소와 탄화수소를 처리하며, 니켈은 주요 성분으로 쓰이지 않습니다.
- 이 장치가 효율을 내는 조건은 무엇인가요?
- 공기와 연료의 비율을 이론공연비(약 14.7) 언저리에 두는 것입니다. 전환효율 80% 이상이 나오는 범위도 약 14.5~15.0으로 좁아, 범위를 벗어나면 효율이 급격히 떨어집니다. 공연비 폭이 14~19처럼 넓다는 설명은 이 성질과 어긋납니다.
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