Katalysator med lang levetid reducerer dieselemissionerne

Dieselkøretøjer udleder i dag færre forurenende stoffer end ældre køretøjer, takket være en zeolitkatalysator, der blev opfundet for omkring 10 år siden. Selvom mange grupper har undersøgt denne katalysator siden da, det var stadig uklart, hvorfor det er så meget mere effektivt. Ved at observere katalysatorens indre i tre dimensioner på nanoskalaniveau, forskere fra Utrecht University og Oak Ridge National Laboratory (ORNL) i USA har nu fundet forklaringen. Efter simulering af 217, 000 km slid, de sammenlignede en 'ny' og en 'gammel' version af katalysatoren i detaljer. Dette afslørede, at den nuværende katalysator bevarer meget mere af sin 'yngre' struktur end tidligere brugte dieselkatalysatorer. Forskerne fandt også de underliggende årsager til, at denne katalysator er så meget mere stabil over sin levetid, og oplever kun minimal skade sammenlignet med tidligere brugte katalysatorer. Resultaterne offentliggøres i dag i Naturkommunikation .

Dieselkatalysatorer udsættes for hyppige temperaturændringer, ekstremt varm damp og forurenende stoffer, men de skal forblive stabile i hele køretøjets levetid. Denne stabilitet skyldes til dels kompleksiteten af ​​katalysatoren. "Ved første øjekast, zeolitter kan virke lette at forstå, men jo mere du studerer dem, jo mere fascineret du bliver af deres kompleksitet, siger Joel Schmidt (Utrecht Universitet), publikationens hovedforfatter. "Denne kompleksitet er det, der gør zeolitkatalysatorer så effektive, men det gør dem også usædvanligt svære at forstå."

Schmidt og hans kolleger har analyseret kompleksiteten af ​​zeolitkatalysatoren ved hjælp af en unik og kraftfuld karakteriseringsmetode kaldet atomsondetomografi. De kunne visualisere alle katalysatorens relevante kemiske elementer i 3-D ved opløsning i nanoskala, før og efter en 217, 000 km simuleret ældningsprocedure.

Forskerne fandt ud af, at efter denne ældningsproces, den nuværende katalysator bevarer meget mere af sin "yngre" struktur end tidligere brugte dieselkatalysatorer. De opdagede også, at dette var fordi dets strukturelle egenskaber forhindrer dannelsen af ​​en deaktiverende kobberaluminatoxidfase. Dermed, den optimale nanoskalafordeling af grundstoffer i katalysatoren, der er ansvarlig for den rene forbrændingsproces, forbliver intakt.

Renere luft

"Med vores tilgang, vi var i stand til at tilføje endnu en brik til puslespillet om, hvordan man designer katalysatorer, der yder lige så godt i slutningen af ​​et køretøjs levetid, som de gjorde den dag, de rullede ud af fabrikken, siger professor Bert Weckhuysen, medforfatter til publikationen. "Da zeolitkatalysatorer også bruges bredt i den kemiske industri, indsigt i migration af kemiske elementer under katalytiske driftsforhold er et meget relevant bidrag til at realisere mere bæredygtige processer."