Katalysatorfremskridt forbedrer naturgasrensningsteknologi

En nyudviklet katalysator med unikke, "flåder" i atomstørrelse gør et bedre stykke arbejde end den nuværende teknologi til at rense emissioner fra naturgasmotorer.

Arbejdet, rapporteret i Naturkatalyse , kunne gøre naturgasdrevet teknologi renere og mere levedygtig for lastbiler, terrængående køretøjer og udstyrsdrivlinjer. Forskere udviklede katalysator "flåder" af palladium (Pd) oxid, der holdes sammen med enkelte atomer af platin. Deres katalysator er effektiv til at rense naturgassen og tillader den katalytiske reaktion at være mere tolerant over for vanddamp, reducere mængden af ​​uforbrændt metan, der ville blive udledt.

Mens naturgasmotorer er renere end benzin- eller dieselmotorer, skaber cirka 25% mindre i kuldioxidemissioner og mindre partikelforurening, de udsender uforbrændt metan, fordi deres udstødningsemissionskatalysatorer ikke er effektive ved lave temperaturer. Den nye udvikling viste sig at fungere ved højere reaktionshastigheder end den nuværende teknologi.

"Forbedringer i energieffektivitet skal gå hånd i hånd med efterbehandlingsteknologierne, "sagde Yong Wang, Voiland Distinguished Professor ved Washington State University's Gene and Linda Voiland School of Chemical Engineering and Bioengineering og en af ​​de tilsvarende forfattere på papiret. "I øjeblikket, forbrænding fra metan til at generere strøm er ikke i stand til at bruge den mest effektive forbrændingsteknologi. Så det virker, men der er plads til yderligere forbedringer i den effektivitet."

Holdet blev ledet af forskere fra WSU og University of New Mexico med en række samarbejdspartnere i USA, Den Europæiske Union og Kina.

Selvom det ikke er så udbredt i USA, naturgasmotorer er almindeligt anvendt i køretøjer verden over, især i Kina, Iran og Indien. Fordi de er mindre forurenende end dieselmotorer, de bruges ofte i lastbiler og busser i byområder. Naturgasdrevne motorer bruges også i gasindustrien til at drive tusindvis af kompressorer, der pumper naturgas til folks hjem.

Imidlertid, disse naturgasdrevne køretøjer udsender uforbrændt metan, fordi deres udstødningsemissionskatalysatorer ikke er effektive ved lave temperaturer. Jo mere effektivt motorerne fungerer, og jo renere brænder de, jo lavere udstødningstemperaturen bliver, og jo dårligere yder katalysatorerne sig til at rense forurenende stoffer. Uforbrændt metan fra motoren, i særdeleshed, er en potent drivhusgas, som er omkring 25 gange værre end kuldioxid, bidrager til klimaforandringerne.

Desuden, et af biprodukterne ved metanforbrænding er vand, og konventionelle katalysatorer er "notorisk dårlige", når det kommer til at arbejde i nærvær af vand, sagde Wang. Det renere brændende brændstof ender med at arbejde imod sig selv i at fjerne forurenende stoffer.

Sammenlignet med typisk anvendte katalysatorer lavet af Pd-oxid-nanopartikler, de flåder, forskerne udviklede, giver bedre tolerance over for vanddamp med forbedret reaktivitet.

"Det stærkt bundne platin (Pt) kan tjene som et kælested for tilføjede metalatomer, " sagde Abhaya K. Datye, professor i UNM's Institut for Kemi- og Biologisk Teknik og en af ​​de tilsvarende forfattere til denne undersøgelse. "Ved at bruge fangede Pt-atomer, vi var i stand til at demonstrere dannelsen af ​​Pt samt Pd-oxid todimensionale tømmerflåder, der ændrer oxidationstilstanden og reaktiviteten af ​​den aktive fase. "

"Vores teoriberegninger antydede, at flåden ikke let adskiller vand, dermed hæmme den negative virkning af vandforgiftning i katalysen af ​​metanoxidation, " sagde Hua Guo, professor i UNM Institut for Kemi og Kemisk Biologi.