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Mar 17, 2023

지구의 날에 촉매 변환기 예열

댄 카니 | 2020년 4월 22일 로스앤젤레스 스모그, 1973. 이미지 출처: EPA 미국

댄 카니 | 2020년 4월 22일

1973년 로스앤젤레스 스모그. 이미지 출처: EPA

1970년 미국의 청정 공기법은 반세기 전 첫 번째 지구의 날인 4월 22일 이후 불과 몇 달 만에 오염원에 대한 전면적인 제한을 가져왔습니다.

자동차는 대기 오염의 상당한 원인이었으며 스모그는 로스앤젤레스와 같은 명백한 장소뿐만 아니라 일반적으로 그렇지 않은 켄터키주 루이빌, 애리조나주 피닉스, 워싱턴주 타코마와 같은 도시도 질식시키고 있었습니다. 오늘날 오염 문제가 있는 곳으로 간주됩니다. 이는 1970년 환경 보호국의 Documerica 프로그램에서 오염의 영향을 촬영한 사진에서 볼 수 있습니다.

청정대기법(Clean Air Act)과 1990년 이 법 업데이트의 규칙 강화에 대응하여 자동차 제조업체는 자동차에서 발생하는 소위 "기준" 오염의 대부분을 사실상 제거해야 했습니다. 주요 배출 기준은 암모니아 및 황과 함께 일산화탄소, 질소 산화물, 미연 탄화수소 및 미립자 물질입니다. 유황은 디젤 연료에 존재하는 원소이기 때문에 디젤 구동 차량에서 주로 문제가 됩니다.

제조업체들은 로스앤젤레스에서 초기 스모그 연구가 발표된 후 1950년 프랑스 엔지니어 Eugene Houdry가 발명한 기술인 촉매 변환기를 개발함으로써 이에 대응했습니다. 업계가 지원하는 웹사이트인 catalyticconverters.com에 따르면 Engelhard Corporation은 1973년에 세계 최초의 생산 촉매 변환 제품을 만들었습니다.

동력계로 차량 배기가스를 테스트합니다. 이미지 출처: EPA

촉매 변환기는 세라믹 벌집 위에 층층이 쌓인 백금 및 팔라듐과 같은 귀금속을 사용하며, 가열되면 오염 물질이 양성 구성 요소, 물 및 CO2로 분해되는 것을 촉진합니다. 일부 변환기에서는 귀금속으로 코팅된 세라믹 비드를 사용하기도 했지만 제조업체가 효율성을 높이고 필요한 귀금속 양을 줄임에 따라 벌집 모양이 업계 표준이 되었습니다.

"EPA 차량 배출 표준은 다양한 기술의 개발과 구현을 직접적으로 촉발시켰습니다."라고 Design News에 제공된 성명에서 EPA 대변인이 말했습니다. "특히 자동차 촉매 변환기는 역사상 가장 위대한 환경 발명 중 하나로 간주됩니다. 1970년 차량 모델에 비해 신차, SUV, 픽업트럭은 일반 오염물질(탄화수소(HC), 일산화탄소(CO), 질소산화물(NOx) 및 입자 배출) 새로운 대형 트럭과 버스는 1970년 모델보다 약 99% 더 깨끗합니다."

실제로, 오염을 99% 감소시키는 것은 확실히 역사상 가장 위대한 환경 발명 중 하나입니다. 초기 기화 차량은 오염, 전력 공급 또는 운전성 측면에서 성능이 좋지 않았기 때문에 이러한 개선은 쉽게 이루어지지 않았습니다.

1975년 포드 머스탱 II 기아. 이미지 출처: Ford Motor Co.

Ford는 강화된 연방 표준과 캘리포니아의 훨씬 더 제한적인 요구 사항에 대응하여 1975년 모델 연도에 대부분의 자동차에 촉매제를 도입했습니다. 포드의 1975년형 자동차에 대한 보도 자료에 따르면 캘리포니아는 10년 전 완전히 규제되지 않은 자동차에 비해 HC는 94%, CO는 90%, NOx는 67% 감소하도록 의무화했습니다.

이러한 규칙을 충족하기 위해 캘리포니아로 향하는 모든 1975년 차량에는 촉매가 장착되었으며, 당시 회사에서 가장 작은 엔진으로 구동되는 차량을 사용하여 미국의 나머지 지역으로 이동한 소위 49개 주 차량의 대부분도 촉매를 장착했습니다. 유일한 예외는 오버헤드 캠 2.3리터 4기통입니다.

1975년마다 Ford는 고전적인 포인트 스타일 점화 방식에서 보다 강력한 전자 점화 방식으로 전환했으며, 대신 전통적인 연료 제트를 사용하는 기화기에서 보다 정밀한 계량 막대를 사용하는 방식으로 전환했습니다. 또한, 촉매 변환기의 기능을 보호하기 위해 필요한 무연 연료로의 전환은 이전에 연료의 납 첨가제에 의해 윤활되었던 경화 배기 밸브로의 전환을 필요로 했습니다.