Исследователи из Национальной ускорительной лаборатории (SLAC) Министерства энергетики США и Университета штата Вашингтон (WSU) разработали катализатор, способный удалять до 90% несгоревшего метана из выхлопных газов двигателей, работающих на природном газе. Об этом сообщает портал Nanowerk. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Моторы, работающие на природном газе, используют от 30 до 40 миллионов автомобилей по всему миру, в основном в Европе и Азии. Газоснабжающая отрасль также использует такие двигатели для работы компрессоров, которые закачивают природный газ в бытовые потребительские сети. Работающие на газе двигатели считаются более экологически чистыми, чем бензиновые или дизельные, производя меньше выбросов углерода и твердых загрязняющих частиц.
Однако при каждом новом запуске двигателей, работающих на природном газе, они обычно выделяют несгоревший метан, поскольку их каталитические нейтрализаторы плохо работают при низких температурах. Более того – почти все современные катализаторы для удаления метана либо неэффективны при более низких температурах выхлопных газов, либо имеют свойство быстро разлагаться при более высоких температурах.
«Существует стремление к более широкому использованию природного газа, но при его применении в двигателях внутреннего сгорания в выхлопных газах всегда будет присутствовать несгоревший метан – один из наиболее вредоносных факторов глобального потепления, и очень важно найти способ удалить его», – пояснил Фрэнк Абилд-Педерсен, научный сотрудник SLAC и один из соавторов нового исследования.
Ученые из SLAC и WSU представили в научном журнале Nature Catalysis итоги своего нового исследования, показывающего, что диспергированный атомами палладия катализатор удаляет метан из выхлопных газов двигателей как при более низких стартовых температурах, так и при разогреве, когда моторы работают в полную мощь, а обычные катализаторы при этом нередко выходят из строя.
«Это почти самомодулирующийся процесс, который преодолевает прежние проблемы катализаторов – низкотемпературную бездеятельность и высокотемпературную нестабильность», – отметил Йонг Ван, профессор Школы химической инженерии и биоинженерии WSU и еще один из ведущих авторов разработки.
Катализатор с отдельными атомами химически активного металла, диспергированными на носителе, эффективно использует каждый атом редкого и драгоценного металла, добавил Ван. В своей работе исследователи показали, что их катализатор, изготовленный из отдельных атомов палладия на носителе из оксида церия, эффективно удалял метан из выхлопных газов двигателя, даже когда двигатель только запускался.
Отдельные атомы палладия, прикрепленные к поверхности катализатора, могут удалить до 90% несгоревшего метана из выхлопных газов двигателей, работающих на природном газе, при низких температурах, сообщили исследователи по итогам тестирования.
Ученые также обнаружили, что следовые количества окиси углерода, которые всегда присутствуют в выхлопах двигателей, работающих на природном газе, играют ключевую роль в динамическом формировании активных центров реакции при комнатной температуре. Угарный газ фактически помогает отдельным атомам палладия мигрировать с образованием двух- или трехатомных кластеров, которые эффективно разрушают молекулы метана при низких температурах.
Затем, по мере повышения температуры выхлопных газов, кластеры распадались на отдельные атомы и повторно диспергировались, так что катализатор был термически стабилен. Этот обратимый процесс позволил катализатору эффективно работать и эффективно использовать каждый атом палладия на протяжении всего времени работы двигателя, в том числе при холодном запуске.