Ny katalysator imødekommer udfordringen med at rense udstødningen fra moderne motorer

Efterhånden som biler bliver mere brændstoføkonomiske, mindre varme spildes i udstødningen, hvilket gør det sværere at rense de forurenende stoffer, der udledes. Forskere ved Washington State University, Pacific Northwest National Laboratory og University of New Mexico har skabt en katalysator, der er i stand til at reducere forurenende stoffer ved de lavere temperaturer, der forventes i avancerede motorer. Deres arbejde, offentliggjort i denne uge i tidsskriftet Videnskab , præsenterer en ny måde at skabe en mere kraftfuld katalysator, mens du bruger mindre mængder platin - den dyreste komponent i emissionskontrolkatalysatorer.

Katalysatorer har været en integreret del af diesel- og benzindrevne motorer siden midten af ​​1970'erne, da føderale regler begyndte at kræve reduktioner af kulilte, kulbrinter og nitrogenoxider. Katalysatorer omdanner forurenende stoffer til godartede gasser såsom nitrogen, kuldioxid og vand.

Forskerne adresserede den skræmmende udfordring ved at designe en katalysator, der kunne tåle motorens udstødningstemperaturer på op til næsten 750 grader Celsius (ca. 500 grader Fahrenheit) stødt på under høje motorbelastninger. Alligevel skal katalysatoren stadig fungere, når en motor startes kold og skal rense udstødningen, før den når 150 grader Celsius - mere end 100 grader Celsius mindre end nuværende systemer.

De lavere driftstemperaturer under koldstart skyldes øget brændstofeffektivitet i avancerede forbrændingsmotorer, som efterlader mindre energi i udstødningsrøret, sagde Abhaya Datye, en fremtrædende professor ved University of New Mexico's Department of Chemical &Biological Engineering og studie medforfatter.

De seneste resultater voksede ud af et samarbejde mellem forskningsgrupper ledet af Yong Wang, som har en fælles ansættelse i Washington State University's Gene and Linda Voiland School of Chemical Engineering and Bioengineering og Pacific Northwest National Laboratory, og Datyes katalysegruppe i New Mexico.

Arbejdet bygger på forskning, udgivet i Science sidste år, hvor Wang- og Datye-grupperne fandt en ny måde at fange og stabilisere individuelle platinatomer på overfladen af ​​ceriumoxid, en almindeligt anvendt komponent i emissionskontrolkatalysatorer. Den såkaldte enkeltatom-katalysator bruger platin mere effektivt, mens den forbliver stabil ved høje temperaturer. Platin handler typisk til priser tæt på eller endda højere end guld.

For deres seneste papir, forskerne dampbehandlede katalysatoren ved 750 grader Celsius, næsten 1, 400 grader Fahrenheit. Dette fik den allerede stabile katalysator til at blive meget aktiv ved de lave koldstartstemperaturer.

"Vi var i stand til at møde udfordringerne med både højtemperaturstabilitet og lavtemperaturaktivitet, " sagde Wang. Arbejdet blev finansieret af det amerikanske energiministerium. Forskningen er i overensstemmelse med WSU's Grand Challenges, en række forskningsinitiativer rettet mod store samfundsspørgsmål. Det er særligt relevant for udfordringen med bæredygtige ressourcer og dets energitema.