دو طرفہ بمقابلہ تین طرفہ کیٹلیٹک کنورٹرز: فنکشن اور فرق

1. کیٹلیٹک کنورٹرز کا تعارف

آٹوموٹو کے اخراج کا کنٹرول ماحولیاتی سائنس، کیمیکل انجینئرنگ، اور صحت عامہ کے ایک اہم تقاطع کی نمائندگی کرتا ہے۔ گاڑیوں کے اخراج میں کمی کے جدید نظاموں کے مرکز میں کیٹلیٹک کنورٹر ہے، ایک ایسا آلہ جو اندرونی دہن کے دوران پیدا ہونے والے نقصان دہ آلودگیوں کو کم نقصان دہ مادوں میں تبدیل کرنے کے لیے بنایا گیا ہے۔ اس ٹیکنالوجی کی ابتداء کا پتہ فضائی آلودگی، خاص طور پر فوٹو کیمیکل سموگ اور اوزون کے بارے میں بڑھتی ہوئی عوامی بیداری سے لگایا جا سکتا ہے، جو 1940 کی دہائی کے دوران بڑے شہروں میں آٹوموبائل کے استعمال میں اضافے کی وجہ سے تیزی سے پھیل گیا۔ 1.

1960 کی دہائی میں ابتدائی تحقیقی اقدامات، ان ماحولیاتی خدشات کی وجہ سے، گاڑیوں سے خارج ہونے والے کاربن مونو آکسائیڈ (CO)، ہائیڈرو کاربن (HC) اور نائٹروجن آکسائیڈز (NOx) کی بڑھتی ہوئی سطحوں کو کم کرنے کے لیے حل تلاش کرنے لگے۔ 3. اس ابتدائی ترقی میں ایک اہم شخصیت فرانسیسی انجینئر یوجین ہوڈری تھی، جس نے 1952 اور 1973 میں آٹوموبائل کے لیے پہلا عملی کیٹلیٹک کنورٹرز تیار کیا۔ 4. اس کے اہم کام نے آلودگی کو کم نقصان دہ مرکبات میں تبدیل کرنے کے لیے کیٹلسٹ کے استعمال کی بنیاد رکھی، ابتدائی طور پر آٹوموٹو انضمام سے پہلے سموک اسٹیکس اور گودام فورک لفٹ کے لیے ایپلی کیشنز پر توجہ مرکوز کی۔ 4.

آٹوموٹو کے اخراج پر قابو پانے کی زمین کی تزئین کو بنیادی طور پر قانون سازی کی کارروائی کے ذریعے تبدیل کیا گیا، خاص طور پر 1970 کا یو ایس کلین ایئر ایکٹ۔ اس تاریخی قانون نے اخراج کے سخت معیارات مرتب کیے، جو پانچ سالوں کے اندر گاڑیوں کے اخراج میں 90 فیصد کمی کا مطالبہ کرتے ہیں، اس طرح آٹوموٹیو مینوفیکچررز کو مجبور کیا جاتا ہے کہ وہ جدید ٹیکنالوجی کو اپنانے پر مجبور ہوں۔ 1. 1975 تک، کلین ایئر ایکٹ نے امریکہ میں فروخت ہونے والی تمام نئی کاروں میں کیٹلیٹک کنورٹرز کی تنصیب کو لازمی قرار دیا، جو ماحولیاتی ضابطے اور آٹوموٹو ڈیزائن میں ایک اہم موڑ کی نشاندہی کرتا ہے۔ 1.

ابتدائی طور پر، متعارف کرائے گئے کیٹلیٹک کنورٹرز "دو طرفہ" آکسیڈیشن کنورٹرز تھے۔ یہ ابتدائی ڈیزائن کاربن مونو آکسائیڈ اور غیر جلے ہوئے ہائیڈرو کاربن سے نمٹنے کے قابل تھے لیکن نائٹروجن آکسائیڈ کو کم کرنے کی صلاحیت میں موروثی حدود کے حامل تھے۔ 4. اس کے بعد کے ارتقاء کے نتیجے میں "تین طرفہ" کیٹلیٹک کنورٹرز کی ترقی ہوئی، جو 1980 کی دہائی میں سامنے آئی اور بیک وقت تینوں بڑے آلودگیوں کو نشانہ بنا کر اخراج کنٹرول میں انقلاب برپا کر دیا: CO، HC، اور NOx۔ 5. یہ رپورٹ مختلف اصولوں، فعالیتوں، ساختی اختراعات، اور ریگولیٹری ڈرائیوروں کا جائزہ لے گی جو کیٹلیٹک کنورٹرز کی ان دو بنیادی اقسام میں فرق کرتے ہیں۔

2. دو طرفہ کیٹلیٹک کنورٹرز: اصول اور حدود

دو طرفہ اتپریرک کنورٹرز، جو آکسیڈیشن کیٹیلیسٹ کے نام سے بھی جانا جاتا ہے، نے بڑے پیمانے پر آٹوموٹو ایگزاسٹ ٹریٹمنٹ میں ابتدائی دوڑ کی نمائندگی کی۔ ان کا بنیادی کام مخصوص آکسیکرن رد عمل کی سہولت فراہم کرنا ہے، جو دو سب سے زیادہ مروجہ نقصان دہ اخراج گیسوں کو کم زہریلی شکلوں میں تبدیل کرتے ہیں۔

2.1 کیمیائی اصول اور رد عمل

دو طرفہ کنورٹر کے اندر بنیادی کیمیائی عمل کاربن مونو آکسائیڈ اور غیر جلے ہوئے ہائیڈرو کاربن کے ساتھ آکسیجن کا مجموعہ شامل ہیں۔ اہم رد عمل یہ ہیں:

• کاربن مونو آکسائیڈ کا آکسیکرن (CO): کاربن مونو آکسائیڈ، ایک زہریلی گیس، کاربن ڈائی آکسائیڈ (CO2) میں آکسائڈائز ہو جاتی ہے، جو کہ نسبتاً بے ضرر گرین ہاؤس گیس ہے۔2CO+O2→2CO22CO+The2​→2CThe2
• ہائیڈرو کاربن کا آکسیکرن (HC): جلے ہوئے ہائیڈرو کاربن، جو سموگ میں حصہ ڈالتے ہیں اور غیر مستحکم نامیاتی مرکبات ہیں، کاربن ڈائی آکسائیڈ اور پانی (H2O) میں آکسائڈائز ہوتے ہیں۔ ہائیڈرو کاربن (CxHy) کے لیے عمومی ردعمل یہ ہے: CxHy+(x+y4)O2→xCO2+y2H2OCxمیںایچy+(x+4y)The2→xCThe2+2yمیںایچ2The

یہ رد عمل ایکزتھرمک ہوتے ہیں، یعنی یہ گرمی چھوڑتے ہیں، جس کی وجہ سے ایگزاسٹ گیسیں درجہ حرارت میں اضافہ کرتی ہیں جب وہ کنورٹر سے گزرتی ہیں، جس سے ہیٹ شیلڈز کے استعمال کی ضرورت ہوتی ہے۔ 6.

2.2 اتپریرک مواد اور آپریٹنگ حالات

دو طرفہ کنورٹرز عام طور پر قیمتی دھاتوں کا استعمال کرتے ہیں جیسے platinum (Pt) and palladium (Pd) بنیادی اتپریرک مواد کے طور پر 6. یہ دھاتیں اوپر بیان کردہ آکسیکرن رد عمل کو فروغ دینے میں انتہائی موثر ہیں۔ کنورٹر نسبتاً دبلی پتلی ایندھن کے مرکب کے ساتھ مؤثر طریقے سے کام کرتا ہے، یعنی آکسیڈیشن کے عمل کو آسان بنانے کے لیے ایگزاسٹ گیس میں آکسیجن کی زیادتی ہوتی ہے۔ 6.

2.3۔ موروثی حدود

CO اور HC کو کم کرنے میں ان کی تاثیر کے باوجود، دو طرفہ کیٹلیٹک کنورٹرز کی بنیادی حد ان کی نائٹروجن آکسائڈ کو کم کرنے میں ناکامی (NOx) 6. NOx مرکبات اعلی دہن کے درجہ حرارت پر بنتے ہیں اور تیزابی بارش اور فوٹو کیمیکل سموگ میں اہم کردار ادا کرتے ہیں۔ NOx کی کمی کے لیے درکار کیمیائی ماحول (کم کرنے والا ماحول، یا اضافی آکسیجن کی کمی) CO اور HC کی تبدیلی کے لیے ضروری آکسیڈائزنگ ماحول کے خلاف ہے۔ اس موروثی ڈیزائن کی رکاوٹ کا مطلب یہ تھا کہ دو طرفہ کنورٹرز تین بڑے ریگولیٹڈ آلودگیوں میں سے صرف دو کو حل کر سکتے ہیں۔

2.4 ایپلی کیشنز اور فیز آؤٹ

کلین ایئر ایکٹ کے مینڈیٹ کے بعد، 1970 کی دہائی کے وسط سے گیسولین کاروں پر دو طرفہ کنورٹرز بڑے پیمانے پر استعمال ہونے لگے۔ 6. تاہم، NOx کے اخراج کو کنٹرول کرنے میں ان کی ناکامی کی وجہ سے پٹرول کی گاڑیوں میں ان کے متروک ہونے کا سبب بن گیا کیونکہ اخراج کے ضوابط مزید سخت ہو گئے تھے۔ 6.

دلچسپ بات یہ ہے کہ دو طرفہ کیٹلیٹک کنورٹرز، جسے اکثر کہا جاتا ہے۔ ڈیزل آکسیڈیشن کاتالسٹ (DOCs)، اب بھی ڈیزل انجنوں میں ملازم ہیں۔ 7. اس کی وجہ یہ ہے کہ ڈیزل کا اخراج فطری طور پر آکسیجن سے بھرپور ہوتا ہے، جس سے تین طرفہ اتپریرک غیر موزوں ہوتے ہیں۔ ڈیزل ایپلی کیشنز میں موجود DOCs CO, HC کو آکسائڈائز کرتے ہیں، اور نائٹرک آکسائیڈ (NO) سے نائٹروجن ڈائی آکسائیڈ (NO2) کے آکسیڈیشن میں بھی سہولت فراہم کرتے ہیں، اور کاربن کے ذرات پر جذب شدہ ہائیڈرو کاربن کو آکسائڈائز کر کے ڈیزل کے ذرات کے اخراج کو کم کر سکتے ہیں۔ 7. اگرچہ اخراج کے سخت معیارات والے خطوں میں جدید پٹرول کاروں پر نایاب، دو طرفہ کنورٹرز اب بھی کم ریگولیٹڈ مارکیٹوں کے ساتھ ساتھ CNG بسوں، موٹرسائیکلوں اور چھوٹے پٹرول انجنوں پر بھی مل سکتے ہیں (مثلاً، سٹرائیمر) 7.

3. تین طرفہ کیٹلیٹک کنورٹرز: اعلی درجے کی کیمسٹری اور فعالیت

تین طرفہ کیٹلیٹک کنورٹرز (TWCs) کی آمد نے کاربن مونو آکسائیڈ (CO) اور ہائیڈرو کاربن (ہائیڈرو کاربن) کے آکسیڈیشن کے ساتھ ساتھ نائٹروجن آکسائیڈز (NOx) کو کم کر کے اپنے دو طرفہ پیشرووں کی اہم حد کو دور کرتے ہوئے، آٹوموٹو کے اخراج کے کنٹرول میں ایک اہم چھلانگ کا نشان لگایا۔ یہ جدید فعالیت ریڈوکس ری ایکشنز اور انجن کے عین مطابق کنٹرول کے ایک پیچیدہ تعامل کے ذریعے حاصل کی جاتی ہے۔

3.1 بیک وقت ریڈوکس رد عمل

تین طرفہ کیٹلیٹک کنورٹرز کو بیک وقت تین الگ الگ کیمیائی رد عمل کی سہولت کے لیے ڈیزائن کیا گیا ہے:

• کاربن مونو آکسائیڈ کا آکسیکرن (CO):2CO+O2→2CO22CO+The2​→2CThe2
• ہائیڈرو کاربن کا آکسیکرن (HC):CxHy+(x+y4)O2→xCO2+y2H2OCxمیںایچy+(x+4y)The2→xCThe2+2yمیںایچ2The
• نائٹروجن آکسائیڈ کی کمی (NOx): نائٹروجن آکسائیڈ بے ضرر مالیکیولر نائٹروجن (N2) اور آکسیجن (O2) تک کم ہو جاتے ہیں۔2NOx→N2+xO22نThex→ن2+xThe2

ایک ہی آلے کے اندر آکسیڈیشن اور کمی کے رد عمل کو بیک وقت انجام دینے کی صلاحیت تین طرفہ کنورٹر کی وضاحتی خصوصیت اور بنیادی فائدہ ہے۔

3.2 Stoichiometric ایئر ایندھن تناسب کنٹرول کا اہم کردار

ان تینوں رد عمل کی بیک وقت کارکردگی کا انحصار عین مطابق برقرار رکھنے پر ہے۔ stoichiometric ہوا ایندھن کا تناسب (λ = 1) انجن کے دہن کے عمل میں 1. پٹرول کے لیے، یہ تناسب ہوا کے تقریباً 14.7 حصے اور ایندھن کے 1 حصے بذریعہ بڑے پیمانے پر ہے۔

• Stoichiometric حالات (λ = 1): اس مثالی تناسب میں، CO اور HC کو مکمل طور پر آکسائڈائز کرنے کے لیے کافی آکسیجن موجود ہے، جبکہ NOx کی کمی کے لیے ضروری تھوڑا سا آکسیجن کی کمی (کم کرنے والا) ماحول بھی بناتا ہے۔ یہ تنگ آپریٹنگ ونڈو وہ جگہ ہے جہاں TWCs اپنی اعلی کارکردگی کو حاصل کرتے ہیں، اکثر 95% یا اس سے زیادہ آلودگی کے خاتمے تک پہنچ جاتے ہیں۔ 26.
• امیر حالات (λ اگر مرکب بہت زیادہ ہے (اضافی ایندھن)، CO اور HC کے مکمل آکسیکرن کے لیے ناکافی آکسیجن ہے، جس کی وجہ سے ان آلودگیوں کے اخراج میں اضافہ ہوتا ہے۔ تاہم، کم کرنے والے ماحول کی وجہ سے ان حالات میں NOx کی کمی کو ترجیح دی جاتی ہے۔
• دبلی پتلی حالتیں (λ > 1): اگر مرکب بہت دبلا ہے (زیادہ آکسیجن)، NOx کی کمی میں رکاوٹ ہے کیونکہ اضافی آکسیجن اتپریرک سطح پر فعال مقامات کے لیے NOx کے ساتھ مقابلہ کرتی ہے۔ اس کے برعکس، وافر آکسیجن کی وجہ سے CO اور HC آکسیکرن میں اضافہ ہوتا ہے۔

3.3 آکسیجن ذخیرہ کرنے کی صلاحیت (OSC) اور فیڈ بیک کنٹرول

بہترین TWC آپریشن کے لیے درکار نازک توازن کو برقرار رکھنے کے لیے، جدید نظاموں میں جدید ترین کنٹرول میکانزم شامل ہیں:

• آکسیجن ذخیرہ کرنے کی صلاحیت (OSC): اتپریرک کا واش کوٹ، عام طور پر مشتمل ہوتا ہے۔ سیریم آکسائیڈ (CeO2)، ہوا ایندھن کے تناسب میں معمولی اتار چڑھاو کو بفر کرنے میں ایک اہم کردار ادا کرتا ہے 1. CeO2 اپنی آکسیڈائزڈ (CeO2) اور کم (Ce2O3) حالتوں کے درمیان الٹ کر تبدیل کر سکتا ہے، جب ایگزاسٹ قدرے دبلا ہو تو آکسیجن کو ذخیرہ کر سکتا ہے اور جب ایگزاسٹ قدرے بھرپور ہو تو اسے چھوڑ سکتا ہے۔ یہ آکسیجن بفرنگ کی صلاحیت کنورٹر کی کارکردگی کو نمایاں طور پر بڑھاتی ہے، خاص طور پر عارضی انجن کے آپریشن کے دوران 1.
• آکسیجن سینسر (لیمبڈا سینسر) فیڈ بیک: ایک آکسیجن سینسر (اکثر زرکونیا یا ٹائٹینیا سینسر)، جو کیٹلیٹک کنورٹر کے ایگزاسٹ سٹریم اپ اسٹریم میں رکھا جاتا ہے، آکسیجن کے مواد کی مسلسل نگرانی کرتا ہے۔ 1. یہ سینسر ایک وولٹیج سگنل تیار کرتا ہے جو آکسیجن کی حراستی کے براہ راست متناسب ہوتا ہے۔
• انجن کنٹرول یونٹ (ECU) کنٹرول لوپ: آکسیجن سینسر سے سگنل واپس انجن کنٹرول یونٹ (ECU) کو دیا جاتا ہے۔ ECU اس ریئل ٹائم معلومات کا استعمال انجن میں داخل ہونے والے ایندھن کی مقدار کو درست طریقے سے ایڈجسٹ کرنے کے لیے کرتا ہے، اس طرح ہوا سے ایندھن کے تناسب کو سٹوچیومیٹری کے قریب تک برقرار رکھتا ہے۔ یہ بند لوپ کنٹرول سسٹم تین طرفہ کیٹلیٹک کنورٹرز کے موثر آپریشن کے لیے بنیادی ہے۔ 1.

3.4 کیٹالسٹ کمپوزیشن اور لائٹ آف ٹمپریچر

عام TWC اتپریرک کے مجموعہ پر مشتمل ہوتا ہے۔ پلاٹینم (Pt)، پیلیڈیم (Pd)، اور روڈیم (Rh) ایک اونچی سطح کے رقبے کے سپورٹ مواد پر منتشر، عام طور پر ایلومینا (Al2O3) 1.

• پلاٹینم (Pt) اور پیلیڈیم (Pd): یہ دھاتیں بنیادی طور پر CO اور HC کے آکسیکرن رد عمل کو فروغ دیتی ہیں۔ 13.
• روڈیم (Rh): آکسیجن یا سلفر ڈائی آکسائیڈ کی موجودگی میں بھی، روڈیم خاص طور پر NOx کی مالیکیولر نائٹروجن میں کمی کے لیے موثر ہے۔ 13. یہ ایک اہم جز ہے جو تین طرفہ کو دو طرفہ کنورٹرز سے ممتاز کرتا ہے۔ 18. روڈیم کو بھی Pt کے مقابلے CO کی طرف سے کم روکا جاتا ہے، حالانکہ یہ اکیلے تینوں اجزاء کو مؤثر طریقے سے تبدیل نہیں کر سکتا۔ 13.
• لائٹ آف درجہ حرارت: کیٹلیٹک کنورٹرز کو کم سے کم درجہ حرارت کی ضرورت ہوتی ہے، جسے کے طور پر جانا جاتا ہے۔ روشنی بند درجہ حرارت (عام طور پر 250-300 ° C کے ارد گرد)، اتپریرک رد عمل کو شروع کرنے اور برقرار رکھنے کے لیے 1. اس درجہ حرارت کے نیچے، اتپریرک بڑی حد تک غیر فعال ہے، جس کی وجہ سے اخراج زیادہ ہوتا ہے، خاص طور پر سردی کے آغاز کے دوران 20.

3.5 کیٹیلسٹ ڈی ایکٹیویشن میکانزم

TWCs کی طویل مدتی کارکردگی کئی غیر فعال کرنے کے طریقہ کار سے متاثر ہو سکتی ہے:

• سلفر پوائزننگ: ایندھن میں موجود گندھک کے مرکبات اتپریرک کی سطح پر فعال مقامات کو مسدود کر کے اتپریرک کو زہر دے سکتے ہیں، اس طرح اس کی سرگرمی کم ہو جاتی ہے۔ 1. اگرچہ نوبل دھاتیں عام طور پر بلک سلفیشن کے خلاف مزاحم ہوتی ہیں، سلفر آکسائیڈز (SOx) پھر بھی ریڈوکس رد عمل میں رکاوٹ بن سکتی ہیں۔ 13.
• تھرمل ایجنگ (سنٹرنگ): اعلی درجہ حرارت (مثلاً 800 ° C سے اوپر، بعض اوقات 1000 ° C تک پہنچنا) کے طویل نمائش سے قیمتی دھات کے ذرات جمع ہو سکتے ہیں اور بڑے ہو سکتے ہیں (سنٹرنگ)، ان کے فعال سطح کے رقبے اور اتپریرک کارکردگی کو کم کر سکتے ہیں۔ 1. یہ ایک مستقل غیر فعال ہونا ہے۔ 20.
• فاؤلنگ: ایگزاسٹ اسٹریم سے کاربن (کاجل) یا دیگر آلودگیوں کا جمع ہونا اتپریرک کے فعال مقامات کو جسمانی طور پر روک سکتا ہے۔ 1.
• کیمیائی غیر فعال ہونا: قیمتی دھاتوں اور واش کوٹ آکسائیڈز (Al, Ce, Zr) کے درمیان اعلی درجہ حرارت کا تعامل بھی غیر فعال ہونے کا باعث بن سکتا ہے۔ 13.

4. ساختی اور مادی اختراعات

کیٹلیٹک کنورٹرز کی افادیت، خواہ دو طرفہ ہو یا تین طرفہ، ان کی اندرونی ساخت اور ان کے ڈیزائن کے پیچھے موجود جدید ترین مادی سائنس سے گہرا اثر انداز ہوتا ہے۔ جب کہ دونوں اقسام بنیادی ساختی عناصر کا اشتراک کرتے ہیں، مخصوص فارمولیشنز اور انتظامات ان کے متعلقہ کیمیائی افعال کو فعال کرنے کے لیے مختلف ہوتے ہیں۔

4.1 سبسٹریٹ ڈیزائن اور مواد

جدید کیٹلیٹک کنورٹرز عالمی طور پر ملازمت کرتے ہیں۔ یک سنگی بہاؤ کی حمایت کرتا ہے, ایک کی طرف سے خصوصیات honeycomb structure 14. یہ ڈیزائن دباؤ کی کمی کو کم کرتے ہوئے خارج ہونے والی گیسوں کے سامنے آنے والے سطح کے رقبے کو زیادہ سے زیادہ کرتا ہے۔

• سیرامک سبسٹریٹس: ان غیر محفوظ مونولیتھ سپورٹ کے لیے سب سے عام مواد ہے۔ cordierite 14. سرامک سبسٹریٹس کو ان کے تھرمل استحکام اور لاگت کی تاثیر کے لیے پسند کیا جاتا ہے۔ کم ایگزاسٹ گیس کی رفتار پر، سیرامک سبسٹریٹس HC اور CO کے لیے کم تھرمل چالکتا کی وجہ سے بہتر تبادلوں کی افادیت پیش کر سکتے ہیں، جو کیٹلیٹک رد عمل کے لیے ضروری درجہ حرارت کو برقرار رکھنے میں مدد کرتا ہے۔ 19.
• دھاتی سبسٹریٹس: دھاتی سبسٹریٹس کو بھی استعمال کیا جاتا ہے، جو اعلی میکانکی طاقت، بہتر تھرمل جھٹکا مزاحمت، اور پتلی سیل دیواروں جیسے فوائد کی پیشکش کرتے ہیں، جو ایک بڑے جیومیٹرک سطح کے رقبے کا باعث بن سکتے ہیں۔ 14. زیادہ خارج ہونے والی گیس کی رفتار پر، دھاتی ذیلی ذخیرے سطح کے اس بڑے رقبے کی وجہ سے بہتر تبادلوں کی شرح فراہم کر سکتے ہیں۔ 19.
• سیل کثافت: شہد کے چھتے کی ساخت کی تعریف اس کے خلیے کی کثافت سے ہوتی ہے، جو 62 خلیات/سینٹی میٹر تک زیادہ ہو سکتی ہے۔ 12. زیادہ سیل کثافت سطح کے رقبے میں اضافہ کرتی ہے لیکن کمر کے دباؤ کو بھی بڑھا سکتی ہے۔
• ترمیم شدہ جیومیٹری: تبادلوں کی کارکردگی کو بڑھانے اور دباؤ میں کمی کو کم کرنے کے لیے کنورٹر جیومیٹری کو تبدیل کرنے میں تحقیق جاری ہے، مثال کے طور پر، ری سرکولیشن زون کو بہتر بنا کر 11.

4.2 واش کوٹ کی ساخت اور فنکشن

The واش کوٹ یہ ایک اہم جز ہے، جو قیمتی دھاتی اتپریرک کے پھیلاؤ اور کیمیائی رد عمل کو آسان بنانے کے لیے ضروری اونچی سطح کا رقبہ فراہم کرتا ہے۔ یہ عام طور پر سبسٹریٹ پر تیزابیت والے پانی کے گارے کے طور پر لاگو ہوتا ہے، اس کے بعد خشک اور کیلکینیشن ہوتا ہے۔ 14.

• بنیادی واش کوٹ مواد: ایلومینیم آکسائیڈ (Al2O3) اس کی اونچی سطح کے رقبہ (عام طور پر 100-200 m²/g) اور تھرمل استحکام کی وجہ سے واش کوٹ کا سب سے عام مواد ہے۔ 14.
• پروموٹرز اور سٹیبلائزرز: کارکردگی کو بڑھانے، پروموٹر کے طور پر کام کرنے، یا تھرمل انحطاط اور زہر کے خلاف اتپریرک کو مستحکم کرنے کے لیے دیگر مواد کو واش کوٹ میں شامل کیا جاتا ہے۔ ان میں شامل ہیں:
  • سیریم ڈائی آکسائیڈ (CeO2): تین طرفہ کنورٹرز میں آکسیجن ذخیرہ کرنے کی صلاحیت (OSC) کے لیے اہم، ہوا کے ایندھن کے تناسب کے اتار چڑھاو کو بفر کرتے ہوئے 1.
  • زرکونیم آکسائیڈ (ZrO2): اس کے تھرمل استحکام اور آکسیجن ذخیرہ کرنے کی خصوصیات کو بہتر بنانے کے لیے اکثر سیریا کے ساتھ مل کر استعمال کیا جاتا ہے۔ 14.
  • ٹائٹینیم ڈائی آکسائیڈ (TiO2) اور سلکان آکسائیڈ (SiO2): اتپریرک کیریئر کے طور پر یا واش کوٹ کی خصوصیات میں ترمیم کرنے کے لئے استعمال کیا جا سکتا ہے 14.
  • زیولائٹس: شامل کیا جا سکتا ہے، خاص طور پر جدید نظاموں میں، ان کی جذب کرنے والی خصوصیات اور اتپریرک سرگرمی کے لیے 15.
• واش کوٹ لوڈنگ اور موٹائی: واش کوٹ لوڈنگ عام طور پر 200 cpsi (خلیات فی مربع انچ) سبسٹریٹ پر 100 g/dm³ سے لے کر 400 cpsi سبسٹریٹ پر 200 g/dm³ تک ہوتی ہے۔ 14. واش کوٹ کی تہہ کی موٹائی 20-100 μm ہو سکتی ہے۔ 11. مخصوص ایپلی کیشنز کے لیے، جیسے کہ زیولائٹس پر مشتمل، واش کوٹ کی پرتیں 25 g/l سے 90 g/l تک ہو سکتی ہیں، جن میں 50 g/l سے 250 g/l تک اتپریرک طور پر فعال ذرہ کی تہیں ہوتی ہیں۔ 15.

4.3 قیمتی دھاتی اتپریرک فارمولیشنز

قیمتی دھاتوں کا انتخاب اور لوڈنگ کنورٹر کے کام کے لیے اہم ہے۔ یہ اجتماعی طور پر پلاٹینم گروپ میٹلز (PGMs) کے نام سے جانے جاتے ہیں۔

• دو طرفہ کنورٹرز: بنیادی طور پر استعمال کریں۔ platinum (Pt) and palladium (Pd) 6. یہ دھاتیں CO اور HC کے آکسیکرن کے لیے انتہائی موثر ہیں۔
• تین طرفہ کنورٹرز: کا ایک مجموعہ استعمال کریں۔ پلاٹینم (Pt)، پیلیڈیم (Pd)، اور روڈیم (Rh)1.
  • Pt اور Pd: آکسیکرن رد عمل کے لیے بنیادی اتپریرک کے طور پر کام کرنا جاری رکھیں 13.
  • آر ایچ (روڈیم): کلیدی اضافہ ہے، خاص طور پر سالماتی نائٹروجن میں NOx کی کمی کے لیے 13. روڈیم کو Pt کے مقابلے CO کی طرف سے کم روکا جاتا ہے اور اس میں سلفر کے زہر کا خطرہ کم ہوتا ہے، حالانکہ یہ سیسہ کے مرکبات سے شدید زہر آلود ہوتا ہے۔ 13.
• قیمتی دھات کی لوڈنگ: PGM لوڈنگ عام طور پر 1.0 سے 1.8 g/dm³ (30 سے 50 g/ft³) تک مختلف ہوتی ہے، جو یک سنگی کے وزن کے لحاظ سے تقریباً 0.1 سے 0.15 فیصد کی نمائندگی کرتی ہے۔ 13. Pt/Pd/Rh کے مخصوص تناسب کو ہدف کے اخراج اور آپریٹنگ حالات کی بنیاد پر احتیاط سے بہتر بنایا گیا ہے۔ مثال کے طور پر، کچھ گاڑیاں "لائٹ آف" اتپریرک (تیز حرارت کے لیے انجن کے قریب) اور Pd/Rh اتپریرک کو بہاو کے طور پر استعمال کر سکتی ہیں۔ 13.
• لاگت اور دستیابی: عمدہ دھات کی لوڈنگ کا انتخاب ان کی قیمت اور دستیابی سے بھی متاثر ہوتا ہے، روڈیم خاص طور پر نایاب اور مہنگا ہونے کے ساتھ 13.

4.4 مینوفیکچرنگ کے عمل

کیٹلیٹک کنورٹرز کی تیاری میں کوٹنگ کی درست تکنیکیں شامل ہیں:

• واش کوٹنگ: واش کوٹ سلری سبسٹریٹس پر لگائی جاتی ہے۔ یہ مسلسل کوٹنگ اپریٹس کا استعمال کرتے ہوئے کیا جا سکتا ہے جہاں ذیلی ذخیرے گارا کے "آبشار" کے نیچے حرکت کرتے ہیں۔ 14.
• حمل: روایتی طور پر، واش کوٹنگ کے بعد، قیمتی دھاتوں کو ایک الگ امگنیشن مرحلے میں متعارف کرایا گیا تھا۔ اس میں دھونے والے حصے کو اتپریرک کے پیشگی کے پانی کے محلول میں ڈبونا، اضافی محلول کو ہٹانا، اور پھر خشک کرنا اور کیلسین کرنا شامل تھا۔ 14. جدید عمل میں، قیمتی دھاتوں کو بھی براہ راست واش کوٹ سلری میں شامل کیا جا سکتا ہے۔ 14.

4.5 اتپریرک عمر رسیدہ اور پائیدار اختراعات

مختلف عوامل کی وجہ سے وقت کے ساتھ ساتھ اتپریرک کی کارکردگی کم ہوتی جاتی ہے، بشمول تھرمل ایجنگ (دھاتی کے ذرات کا سنٹرنگ)، کیمیائی زہر (مثلاً، سلفر مرکبات، سیسہ)، اور فاؤلنگ 1. اختراعات کا مقصد ان اثرات کو کم کرنا ہے:

• کم ہوا لائٹ آف درجہ حرارت: پرانے گیلے کیمسٹری کے طریقوں کے مقابلے، وسیع عمر بڑھنے کے بعد بھی، نمایاں طور پر کم روشنی کے درجہ حرارت کو حاصل کرنے کے لیے نئی کیٹالسٹ اور واش کوٹ فارمولیشنز تیار کیے جا رہے ہیں۔ 15. یہ کولڈ اسٹارٹ اخراج کو کم کرنے کے لیے بہت ضروری ہے۔
• تھرمل استحکام: تحقیق زیادہ حرارتی طور پر پائیدار اتپریرک تیار کرنے پر مرکوز ہے جو زیادہ درجہ حرارت (تقریباً 1000 ° C) کو برداشت کر سکتے ہیں، جس سے انہیں تیز روشنی اور طویل زندگی کے لیے انجن کے قریب نصب کیا جا سکتا ہے۔ 7. اس کے لیے مستحکم کرسٹلائٹس اور واش کوٹ مواد کی ضرورت ہوتی ہے جو سطح کے اونچے رقبے کو برقرار رکھتے ہیں۔ 7.
• عمر بڑھنے کے اثرات میں کمی: اخراج کو کنٹرول کرنے کے لیے کیٹلیٹک کنورٹر کی افادیت کو طول دینے کے لیے بڑھاپے کے اثر کو کم کرنے کے لیے مسلسل کوششیں کی جاتی ہیں۔ 15.

5. تقابلی اخراج میں کمی کی کارکردگی اور آپریشنل خصوصیات

دو طرفہ اور تین طرفہ کیٹلیٹک کنورٹرز کے درمیان بنیادی فرق ان کے اخراج میں کمی کے دائرہ کار اور اسے حاصل کرنے کے لیے درکار آپریشنل پیرامیٹرز میں ہے۔ یہ سیکشن مختلف آلودگیوں، آپریشنل رینجز، اور پائیداری کے پہلوؤں میں ان کی کارکردگی کا تفصیلی موازنہ فراہم کرتا ہے۔

5.1 اخراج میں کمی کی کارکردگی

• دو طرفہ کیٹلیٹک کنورٹرز: یہ کنورٹرز بنیادی طور پر ہدف بناتے ہیں۔ carbon monoxide (CO) and hydrocarbons (HC). وہ اسے آکسیکرن رد عمل کے ذریعے حاصل کرتے ہیں، CO کو CO2 اور HC کو CO2 اور H2O میں تبدیل کرتے ہیں۔ 6. دبلی پتلی ایندھن کے مرکب کے ساتھ کام کرتے وقت ان آلودگیوں کو کم کرنے میں ان کی کارکردگی زیادہ ہوتی ہے۔ 6. تاہم، ان کی اہم حد ان کی ہے۔ نائٹروجن آکسائڈ کو کم کرنے میں ناکامی (NOx)، جو فضائی آلودگی میں اہم کردار ادا کرتے ہیں۔ 6.
• تین طرفہ کیٹلیٹک کنورٹرز: یہ ایک اہم پیشرفت کی نمائندگی کرتے ہیں، جو بیک وقت کم کرنے کے قابل ہے۔ CO، HC، اور NOx 16. جدید تین طرفہ کنورٹرز، جب زیادہ سے زیادہ حالات میں کام کرتے ہیں (یعنی، عین مطابق سٹوچیومیٹرک ایئر فیول ریشو کنٹرول)، آلودگی کو ہٹانے کی قابل ذکر افادیت حاصل کر سکتے ہیں، اکثر CO، HC، اور NOx کے لیے تقریباً 95% 19. کچھ ذرائع یہاں تک کہ ایک بار جب کنورٹر اپنے آپریٹنگ درجہ حرارت تک پہنچ جاتا ہے تو 99٪ تک اعلی کارکردگی کا حوالہ دیتے ہیں۔ 26.

5.2 آپریشنل درجہ حرارت کی حدود اور لائٹ آف ٹائمز

دونوں قسم کے کنورٹرز کو فعال ہونے کے لیے کم از کم درجہ حرارت کی ضرورت ہوتی ہے، جسے کہا جاتا ہے۔ روشنی بند درجہ حرارت.

• روشنی بند درجہ حرارت: ایک نئے اتپریرک کے لئے، روشنی بند درجہ حرارت عام طور پر ارد گرد ہے 250°C 20. اس درجہ حرارت کے نیچے، اتپریرک بڑی حد تک غیر فعال ہے، جس کی وجہ سے اہم اخراج ہوتا ہے، خاص طور پر سردی کے آغاز کے دوران 26. جیسے جیسے کنورٹر کی عمر بڑھتی ہے، یہ لائٹ آف درجہ حرارت بڑھتا جاتا ہے، وقت کے ساتھ ساتھ اس کی تاثیر کو کم کرتا ہے۔ 20.
• آپریشنل درجہ حرارت: ایک بار فعال ہونے کے بعد، کیٹلیٹک کنورٹرز 400°C سے 800°C کی حد میں مؤثر طریقے سے کام کرتے ہیں 12. کنورٹر کے اندر خارج ہونے والے رد عمل کی وجہ سے ایگزاسٹ گیس کا درجہ حرارت بڑھنے کا سبب بنتا ہے۔ 6.
• کولڈ سٹارٹ اخراج: سردی کے آغاز کے دوران اخراج دونوں قسم کے کنورٹرز کے لیے ایک بڑا چیلنج ہے، کیونکہ اتپریرک اپنے روشنی کے درجہ حرارت تک پہنچنے میں وقت لیتا ہے۔ 26. یہ مدت، معیاری ٹیسٹوں کے مقابلے میں اکثر حقیقی دنیا کے ڈرائیونگ سائیکلوں میں بڑھائی جاتی ہے، جس کے نتیجے میں غیر علاج شدہ اخراج ہوتا ہے۔ 28. جیسی حکمت عملی قریبی جوڑے اتپریرک (انجن کے ایگزاسٹ پورٹس کے قریب رکھے گئے چھوٹے "لائٹ آف" اتپریرک) حرارتی نظام کو تیز کرنے اور کولڈ اسٹارٹ اخراج کو کم کرنے کے لیے استعمال کیے جاتے ہیں۔ 18.

5.3 نظام کی استحکام اور انحطاط

کیٹلیٹک کنورٹرز کی طویل مدتی کارکردگی اور پائیداری کئی عوامل سے متاثر ہوتی ہے:

• تھرمل اثرات: اعلی درجہ حرارت کی قیادت کر سکتے ہیں sintering قیمتی دھات کے ذرات، ان کے فعال سطح کے رقبے اور اتپریرک کارکردگی کو کم کرتے ہیں۔ 20. 1000 ° C تک درجہ حرارت کو برداشت کرنے کے لیے زیادہ حرارتی طور پر پائیدار اتپریرک تیار کیے جا رہے ہیں، جس سے انجن کے قریب بڑھنے اور زندگی میں توسیع ہو سکتی ہے۔ 7.
• کیمیائی اثرات (زہریلا):
  • لیڈ پوائزننگ: تاریخی طور پر، پٹرول میں سیسہ اتپریرک کے غیر فعال ہونے کا ایک بڑا سبب تھا، کیونکہ اس نے اتپریرک کو لیپت کیا اور اسے کام کرنے سے روک دیا۔ 1. 1990 کی دہائی میں لیڈڈ پٹرول پر پابندی کیٹلیٹک کنورٹرز کے وسیع پیمانے پر اپنانے اور لمبی عمر کے لیے اہم تھی۔ 1.
  • سلفر پوائزننگ: ایندھن میں گندھک کے مرکبات فعال جگہوں کو مسدود کر کے اتپریرک کو بھی زہر دے سکتے ہیں۔ 1. اگرچہ نوبل دھاتیں عام طور پر بلک سلفیشن کے خلاف مزاحم ہوتی ہیں، سلفر آکسائیڈ اب بھی ریڈوکس رد عمل کو روک سکتی ہیں۔ 13.
  • دیگر زہریں: انجن آئل کے اضافے سے زنک اور فاسفورس بھی زہر آلود ہو سکتے ہیں۔ 20.
• مکینیکل اثرات: جسمانی نقصان، جیسے اثرات یا کمپن، شہد کے چھتے کے نازک ڈھانچے کو نقصان پہنچا سکتے ہیں۔ 20.
• الٹنے والا بمقابلہ مستقل غیر فعال ہونا: کچھ کیمیائی اثرات، جیسے HC اور CO سٹوریج سینسر کی خرابی یا انجن کی غلط آگ کی وجہ سے، قابل الٹ جانے والی کارکردگی میں کمی کا سبب بن سکتے ہیں۔ تاہم، سیسہ، سلفر، یا زنک، اور تھرمل اثرات جیسے سنٹرنگ کے ذریعے زہر دینا، مستقل غیر فعال ہونے کا باعث بنتا ہے۔ 20.
• کیمیائی غیر فعال ہونے کی پیشرفت: کیمیائی غیر فعال ہونا اکثر کنورٹر کے داخلی دروازے سے شروع ہوتا ہے اور آہستہ آہستہ باہر نکلنے کی طرف بڑھتا ہے۔ 20.
• بڑھتے ہوئے الٹا (قیاس پر مبنی حل): ایک دلچسپ، قیاس آرائی کے باوجود، کنورٹر کی زندگی کو بڑھانے کا خیال جب یہ اپنی حد کے قریب ہو تو اس کے بڑھتے ہوئے کو الٹ دینا ہے۔ یہ کم کیمیاوی طور پر فعال حصوں (جو پہلے آؤٹ لیٹ تھے) کو نئے داخلے کے طور پر استعمال کرے گا۔ مطالعات نے ممکنہ فوائد ظاہر کیے ہیں، جیسے مکمل بوجھ کے حالات میں 3000 rpm پر الٹا کنورٹر کے ساتھ CO کے اخراج میں 28 فیصد کمی 20. اس سے پتہ چلتا ہے کہ بہاؤ کی تقسیم کو بہتر بنانا اور کم تنزلی والے حصوں کو استعمال کرنا زندگی کی عارضی توسیع پیش کر سکتا ہے۔

5.4 حقیقی دنیا کے اخراج اور جانچ

حقیقی دنیا میں ڈرائیونگ کے حالات اکثر معیاری لیبارٹری ٹیسٹ سائیکل (جیسے، NEDC، USFTP) کے مقابلے کیٹلیٹک کنورٹرز کے لیے زیادہ مشکل ماحول پیش کرتے ہیں۔

• اعلی حقیقی دنیا کے اخراج: حقیقی دنیا کی ٹریفک میں ماپا جانے والے اخراج معیاری ٹیسٹوں کے دوران حاصل کیے جانے والے اخراج سے اکثر نمایاں طور پر زیادہ ہوتے ہیں۔ مثال کے طور پر، NOx کا اخراج NEDC پیمائش کے مقابلے حقیقی دنیا کے حالات میں 2 سے 4 گنا زیادہ ہو سکتا ہے۔ 28.
• ڈرائیونگ ڈائنامکس کا اثر: حقیقی دنیا کی ڈرائیونگ میں زیادہ تیز رفتاریاں اور سست روی TWC کے اسٹوچیومیٹرک (λ=1) کنٹرول کی درستگی کو متاثر کر سکتی ہے۔ 26. NOx اور پاور/سرعت کی شرحوں کے درمیان تناسب کی وجہ سے واقعات کو روکیں/شروع کریں اور سخت سرعتیں زیادہ NOx اخراج کا باعث بنتی ہیں۔ 28.
• استحکام اور دیکھ بھال کے مسائل: قسم کی منظوری کی حد سے زیادہ حقیقی دنیا کے NOx کے اخراج، خاص طور پر کچھ چائنا 4 اور چائنا 5 پٹرول کاروں میں، استعمال میں چھیڑ چھاڑ، کمزور پائیداری، اور تین طرفہ کیٹلیٹک کنورٹرز کی ناکافی دیکھ بھال سے منسوب کیا گیا ہے۔ 29. اسی طرح، چین میں ہیوی ڈیوٹی گاڑیوں نے سخت معیارات کے باوجود حقیقی دنیا کے NOx کے اخراج میں محدود بہتری دکھائی ہے، ممکنہ طور پر یوریا ٹینکوں کو دوبارہ بھرنے میں ناکامی یا سلیکٹیو کیٹلیٹک ریڈکشن (SCR) سسٹم کو ہٹانے جیسے مسائل کی وجہ سے۔ 29.
• ضمنی مصنوعات کا اخراج: بنیادی آلودگیوں کو کم کرنے میں موثر ہونے کے باوجود، TWCs، SCR، اور NOx Storage Catalysts (NSC) جیسے بعد کے علاج کے جدید نظام امونیا (NH3) اور isocyanic acid (HNCO) جیسی ضمنی مصنوعات کے اخراج کا باعث بن سکتے ہیں۔ 30. ایس سی آر والی ڈیزل گاڑیوں میں پٹرول گاڑیوں کے مقابلے NH3 کے اخراج کے عوامل بھی ہو سکتے ہیں۔ 30.

5.5 استحکام اور تبدیلی کے معاشی مضمرات

کیٹلیٹک کنورٹرز کی عمر اور تبدیلی کے اخراجات گاڑیوں کے مالکان اور آٹوموٹیو انڈسٹری کے لیے اہم اقتصادی اثرات رکھتے ہیں۔

• عمر کے اشارے: اتپریرک کنورٹر کے ناکام ہونے کی علامات میں انجن کی طاقت کا نقصان، ایندھن کی معیشت میں کمی، انجن کا غلط استعمال، شروع کرنے میں دشواری، جھنجھوڑنے کی آوازیں، ایک چیک انجن لائٹ (اکثر P0420 کوڈ)، اور ایگزاسٹ سے سڑے ہوئے انڈے کی بدبو شامل ہیں۔ 31.
• تبدیلی کے اخراجات: کیٹلیٹک کنورٹر کی اوسط متبادل لاگت نمایاں طور پر رینج کر سکتی ہے، سے 450 سے 450to4200پرزے اور لیبر سمیت 31. اس لاگت کو متاثر کرنے والے عوامل میں گاڑیوں کی تیاری اور ماڈل شامل ہیں (لگژری اور امپورٹ گاڑیوں کی اکثر قیمتیں زیادہ ہوتی ہیں)، انجن کا سائز (بڑے انجنوں کو زیادہ قیمتی دھاتوں کی ضرورت ہوتی ہے)، اجزاء کی قسم (براہ راست فٹ بمقابلہ یونیورسل)، اور تعمیل کے معیارات (CARB-مطابق کنورٹرز EPA-مطابق گاڑیوں سے زیادہ مہنگے ہوتے ہیں) 31.
• قیمتی دھات کی قیمت اور چوری: زیادہ قیمت بنیادی طور پر ان قیمتی دھاتوں (پلاٹینم، پیلیڈیم، روڈیم) کی وجہ سے ہوتی ہے۔ 31. روڈیم، مثال کے طور پر، سونے کے مقابلے میں نمایاں طور پر زیادہ قیمتی ہو سکتا ہے۔ 31. یہ زیادہ قیمت کیٹلیٹک کنورٹرز کو چوری کا اکثر ہدف بناتی ہے، جس سے گاڑیوں کے مالکان کے لیے مرمت کے اضافی اخراجات ہوتے ہیں۔ 31.
• ری سائیکلنگ ویلیو: کیٹلیٹک کنورٹرز میں قیمتی دھاتوں کو ری سائیکل کیا جا سکتا ہے، جو مناسب طریقے سے ضائع کرنے اور بحالی کے لیے اقتصادی ترغیب فراہم کرتا ہے۔ 31. مزید برآں، آخری زندگی کے پٹرول اور ڈیزل گاڑیوں سے برآمد ہونے والا پلاٹینم ممکنہ طور پر مستقبل کے فیول سیل اور ہائبرڈ گاڑیوں کے لیے درکار پلاٹینم کا ایک اہم حصہ فراہم کر سکتا ہے، جو ایک سرکلر اکانومی کے پہلو کو اجاگر کرتا ہے۔ 34.

6. ریگولیٹری ارتقاء اور عالمی گود لینا

اتپریرک کنورٹرز کو وسیع پیمانے پر اپنانا، خاص طور پر دو طرفہ سے تین طرفہ ڈیزائن میں منتقلی، تیزی سے سخت عالمی اخراج کے ضوابط کی وجہ سے بہت زیادہ کارفرما ہے۔ ان ضوابط نے طاقتور "ٹیکنالوجی کو مجبور کرنے والے" میکانزم کے طور پر کام کیا ہے، جو آٹوموٹو مینوفیکچررز کو جدید اخراج کنٹرول سسٹم کو اختراع کرنے اور لاگو کرنے پر مجبور کرتے ہیں۔

6.1۔ یو ایس کلین ایئر ایکٹ: ایک عالمی نظیر

The یو ایس کلین ایئر ایکٹ 1970 قانون سازی کے ایک بنیادی ٹکڑے کے طور پر کھڑا ہے جس نے آٹوموٹو انجینئرنگ کو بنیادی طور پر نئی شکل دی 21. اس نے سختی کا حکم دیا۔ اخراج میں 90 فیصد کمی 1975 تک نئی آٹوموبائل سے، ایک ایسا معیار جو موجودہ ٹیکنالوجیز کے ساتھ قابل قبول قیمت پر پورا نہیں کیا جا سکتا 21. اس "ٹیکنالوجی کو مجبور کرنے والے" نقطہ نظر نے آٹوموٹو انڈسٹری کو تیزی سے اخراج کنٹرول کے نئے حل تیار کرنے اور مربوط کرنے پر مجبور کیا۔

• 1975 مینڈیٹ: کلین ایئر ایکٹ کے براہ راست نتیجے کے طور پر، 1975 سے شروع ہونے والی امریکہ میں فروخت ہونے والی تمام نئی کاروں پر کیٹلیٹک کنورٹرز لازمی آلات بن گئے۔ 21. EPA نے ان معیارات کو نافذ کرنے میں ایک اہم کردار ادا کیا، یہاں تک کہ 1975 HC اور CO کے معیارات کے لیے ایک سال کی تاخیر کی منظوری دی لیکن عبوری حدیں طے کیں جو اب بھی کیٹلیٹک کنورٹرز کی تنصیب کی ضرورت تھی۔ 21.
• کیلیفورنیا کا اثر: کیلیفورنیا، جو اکثر ماحولیاتی ضابطے میں رہنما ہے، نے HC اور CO کے لیے اور بھی سخت عبوری معیارات نافذ کیے، جس سے کیٹلیٹک کنورٹرز کو اپنانے میں مزید تیزی آئی۔ 21.
• 1981: تین طرفہ انقلاب: NOx کے اخراج کو کنٹرول کرنے میں دو طرفہ کنورٹرز کی ناکافی ضوابط سخت ہونے کے ساتھ ہی واضح ہو گئی۔ کی طرف سے 1981، جب امریکی وفاقی اخراج کنٹرول کے ضوابط کو NOx پر سخت کنٹرول کی ضرورت پڑنے لگی، تو زیادہ تر کار سازوں نے تین طرفہ کیٹلیٹک کنورٹرز اور ان سے منسلک انجن کنٹرول سسٹم 4. اس نے تین طرفہ ٹکنالوجی کی وسیع پیمانے پر تجارتی کاری کو نشان زد کیا، جس میں وولوو نے خاص طور پر انہیں اپنی کیلیفورنیا کی تفصیلات 1977 240 کاروں پر متعارف کرایا۔ 4.
• 1990 کی ترامیم: The کلین ایئر ایکٹ میں 1990 کی ترامیم HC, CO, NOx، اور پارٹیکیولیٹ میٹر (PM) کے لیے اخراج کے معیار کو مزید سخت کیا، ٹیل پائپ کے نچلے معیارات متعارف کرائے، اور فضائی آلودگی کے مسائل والے علاقوں میں انسپکشن اینڈ مینٹیننس (I/M) پروگراموں کو بڑھایا۔ 23.
• ٹائر 3 معیارات (2017): EPA نے اپنے ضوابط کو حتمی شکل دیتے ہوئے تیار کرنا جاری رکھا 2017 میں درجے کے 3 معیارات. یہ معیارات گاڑیوں کے اخراج کی نئی حدیں متعین کرتے ہیں اور، اہم طور پر، پٹرول کے سلفر کے مواد کو کم کرتے ہیں، گاڑی اور ایندھن کو اخراج پر قابو پانے کے لیے ایک مربوط نظام کے طور پر علاج کرتے ہیں۔ 23.

6.2 یورپی یونین: یورو اخراج کے معیارات

امریکی قیادت کے بعد، یوروپی یونین نے اپنے ضوابط کے اپنے جامع سیٹ کو لاگو کیا۔ یورو اخراج کے معیارات.

• یورو 1 (1993): کیٹلیٹک کنورٹرز یورپی یونین میں فروخت ہونے والی تمام نئی پٹرول کاروں پر لازمی ہو گئے۔ یکم جنوری 1993کے ساتھ عمل کرنے کے لئے یورو 1 اخراج کے معیارات 22. اس نے یورپی آٹوموٹو مارکیٹ میں اعلی درجے کے اخراج کنٹرول کی طرف ایک اہم تبدیلی کی نشاندہی کی۔
• ترقی پسند سختی: EU اور EEA کے رکن ممالک میں فروخت ہونے والی نئی لائٹ ڈیوٹی گاڑیوں کے اخراج کے لیے قابل قبول حدوں کی وضاحت کرتے ہوئے، وقت کے ساتھ ساتھ یورو کے معیارات آہستہ آہستہ مزید سخت ہوتے گئے ہیں۔ 24.
• یورو 6 (2014): نئی کاروں کے لیے اخراج کا تازہ ترین معیار، Euro 6، 2014 میں متعارف کرایا گیا تھا، اس کی تازہ ترین اپ ڈیٹ، یورو 6d کے ساتھ، جنوری 2021 میں ایک ضرورت بن گئی 24. یہ معیار علاج کے بعد کی ٹیکنالوجیز میں جدت کو آگے بڑھاتے رہتے ہیں۔
• CO2 اخراج کارکردگی کے معیارات (2020): روایتی آلودگیوں سے ہٹ کر، یورپی کمیشن نے یکم جنوری 2020 کو ریگولیشن (EU) 2019/631 کو بھی نافذ کیا، ترتیب CO2 اخراج کی کارکردگی کے معیارات نئی مسافر کاروں اور وینز کے لیے، گاڑیوں کے ڈیزائن اور پاور ٹرین کے انتخاب کو مزید متاثر کرتی ہے۔ 24.

6.3 عالمی ہم آہنگی اور ابھرتی ہوئی معیشتیں۔

کلینر گاڑیوں کے لیے ریگولیٹری دھکا عالمی سطح پر پھیل گیا ہے، بہت سے ممالک نے اسی طرح کے معیارات کو اپنایا یا خود تیار کیا ہے۔

• عالمی CO2 ریگولیشن: 2013 تک، مسافر کاروں کی عالمی منڈی کا 70% سے زیادہ حصہ آٹوموٹو CO2 کے ضوابط کے تابع تھا، بنیادی طور پر اقتصادی طور پر ترقی یافتہ ممالک میں 25.
• ابھرتی ہوئی معیشتیں: چین، میکسیکو اور بھارت سمیت ابھرتی ہوئی معیشتوں نے بھی CO2 ریگولیشن کی پالیسیاں نافذ کی ہیں۔ مثال کے طور پر، بھارت نے 2014 میں اپنے پہلے مسافر گاڑیوں کے ایندھن کی معیشت کے معیارات کو حتمی شکل دی، جو اپریل 2016 سے لاگو ہوا 25.
• براہ راست ریگولیشن سے باہر: کچھ ممالک صاف ستھری گاڑیوں کو اپنانے کی حوصلہ افزائی کے لیے مالی مراعات یا ٹریفک کنٹرول کے اقدامات کے ساتھ براہ راست اخراج کے ضوابط کی تکمیل کرتے ہیں۔ 25.

6.4 ٹیکنالوجی اور مستقبل کے آؤٹ لک پر اثرات

اخراج کے ضوابط کی مسلسل سختی کیٹلیٹک کنورٹر ٹیکنالوجی میں ترقی کے لیے بنیادی اتپریرک رہی ہے۔

• اعلی درجے کی کیٹالسٹ مواد: ضوابط نے اتپریرک مواد کی ترقی کو آگے بڑھایا ہے، بشمول پلاٹینم، پیلیڈیم، اور روڈیم کے بہتر تناسب کے ساتھ اعلی سطحی رقبے کے فارمولیشن، اتپریرک سرگرمی اور استحکام کو بڑھانے کے لیے 22.
• پائیداری میں بہتری: سیرامک اور دھاتی شہد کے کامس جیسے اعلی درجے کے سبسٹریٹ مواد میں منتقلی نے کیٹلیٹک کنورٹرز کی گرمی کی مزاحمت اور مکینیکل استحکام کو بہتر بنایا ہے، جس سے وہ ضوابط کے ذریعے لازمی وارنٹی کی مدت کو پورا کر سکتے ہیں۔ 22.
• مستقبل کے بعد علاج کی ٹیکنالوجیز: انتہائی کم اخراج کا جاری تعاقب، خاص طور پر سرد آغاز اور حقیقی دنیا کی ڈرائیونگ کے لیے، کیٹلیٹک کنورٹر ڈیزائن کی حدود کو آگے بڑھا رہا ہے۔ اس میں کارکردگی کو بہتر بنانے، لاگت کو کم کرنے، اور زہر کے خلاف مزاحمت کو بڑھانے کے لیے متبادل اتپریرک مواد (مثلاً، پیرووسکائٹس، مخلوط دھاتی آکسائیڈ) کی تحقیق شامل ہے۔ 1. مزید برآں، انجن کے اخراج سے ذرات کو ہٹانے کے لیے بنائے گئے "چار طرفہ" کیٹلیٹک کنورٹرز کی ترقی، اور لین NOx ٹریپس (LNTs) اور دبلے برن انجنوں کے لیے سلیکٹیو کیٹلیٹک ریڈکشن (SCR) جیسے دیگر جدید افٹر ٹریٹمنٹ سسٹمز، ریگولیٹری مطالبات کے ارتقاء کے لیے براہ راست ردعمل ہیں۔ 4.

ابتدائی فضائی آلودگی کے خدشات سے آج کے جدید ترین تین طرفہ کیٹلیٹک کنورٹرز تک کا سفر ایک اہم ماحولیاتی چیلنج سے نمٹنے میں انجینئرنگ اور ریگولیٹری دور اندیشی کی شاندار فتح کو واضح کرتا ہے۔

flowchart TD subgraph Engine Combustion A[Fuel + Air] –> B(Combustion) end B –> C{Exhaust Gases} subgraph Two-Way Catalytic Converter C –> D[Two-Way Converter] D — Pt, Pd –> E{Oxidation Reactions} E –> F[CO + HC] F –> G[CO2 + H2O] G –> H[Cleaned Exhaust (No NOx Reduction)] end subgraph Three-Way Catalytic Converter C –> I{Oxygen Sensor Feedback} I — Signal to ECU –> J[ECU Adjusts Fuel Injection] J –> B C –> K[Three-Way Converter] K — Pt, Pd, Rh, CeO2 –> L{Redox Reactions} L –> M[CO + HC + NOx] M –> N[CO2 + H2O + N2] N –> O[Cleaned Exhaust (All Three Pollutants Reduced)] end style D fill:#f9f,stroke:#333,stroke-width:2px style K fill:#9f9,stroke:#333,stroke-width:2px style H fill:#add8e6,stroke:#333,stroke-width:2px style O fill:#add8e6,stroke:#333,stroke-width:2px