science >> Wetenschap >  >> Chemie

Catalyst Advance verbetert de technologie voor het reinigen van aardgas

Katalysatorvlotten van palladium (Pd)-oxide die bij elkaar worden gehouden met enkele platina-atomen zijn effectief in het opruimen van emissies van aardgasmotoren. Krediet:Cortland Johnson, PNNL.

Een nieuw ontwikkelde katalysator met unieke, Atomaire "vlotten" doen het beter dan de huidige technologie voor het opruimen van emissies van aardgasmotoren.

Het werk, gemeld in Natuur Katalyse , zou de technologie op aardgas schoner en levensvatbaarder kunnen maken voor vrachtwagens, off-road voertuigen en uitrustingsaandrijvingen. Onderzoekers ontwikkelden katalysator "vlotten" van palladium (Pd) oxide die bij elkaar worden gehouden met enkele atomen platina. Hun katalysator is effectief in het opruimen van het aardgas en zorgt ervoor dat de katalytische reactie beter bestand is tegen waterdamp, vermindering van de hoeveelheid onverbrand methaan die zou worden uitgestoten.

Hoewel aardgasmotoren schoner zijn dan benzine- of dieselmotoren, het creëren van ongeveer 25% minder CO2-uitstoot en minder vervuiling door fijnstof, ze stoten onverbrand methaan uit omdat hun uitlaatgaskatalysatoren niet efficiënt zijn bij lage temperaturen. De nieuwe ontwikkeling bleek te presteren bij hogere reactiesnelheden dan de huidige technologie.

"De verbeteringen in energie-efficiëntie moeten hand in hand gaan met de nabehandelingstechnologieën, " zei Yong Wang, Voiland Distinguished Professor aan de Gene en Linda Voiland School of Chemical Engineering and Bioengineering van de Washington State University en een van de corresponderende auteurs op het papier. "Momenteel, verbranding van methaan om energie op te wekken is niet in staat om de meest efficiënte verbrandingstechnologie te gebruiken. Dus het werkt, maar er is ruimte voor verdere verbetering in die efficiëntie."

Het team werd geleid door onderzoekers van WSU en de Universiteit van New Mexico met een aantal medewerkers in de Verenigde Staten, Europese Unie en China.

Hoewel niet zo veel gebruikt in de VS, aardgasmotoren worden algemeen gebruikt in voertuigen over de hele wereld, vooral in China, Iran en Indië. Omdat ze minder vervuilend zijn dan dieselmotoren, ze worden vaak gebruikt in vrachtwagens en bussen in stedelijke gebieden. Aardgasaangedreven motoren worden ook gebruikt in de gasindustrie om duizenden compressoren aan te drijven die aardgas naar de huizen van mensen pompen.

Echter, deze voertuigen op aardgas stoten onverbrand methaan uit omdat hun uitlaatgaskatalysatoren niet efficiënt zijn bij lage temperaturen. Hoe efficiënter de motoren werken en hoe schoner ze branden, hoe lager de uitlaattemperatuur wordt en hoe slechter de katalysatoren presteren bij het opruimen van verontreinigende stoffen. onverbrand methaan uit de motor, vooral, is een krachtig broeikasgas dat ongeveer 25 keer erger is dan koolstofdioxide, bijdragen aan klimaatverandering.

Verder, een van de bijproducten van methaanverbranding is water, en conventionele katalysatoren zijn "notoir slecht" als het gaat om werken in de aanwezigheid van water, zei Wang. De schonere brandende brandstof werkt tegen zichzelf in het verwijderen van verontreinigende stoffen.

Vergeleken met typisch gebruikte katalysatoren gemaakt van Pd-oxide nanodeeltjes, de vlotten die de onderzoekers ontwikkelden, bieden een betere tolerantie voor waterdamp met verbeterde reactiviteit.

"Het sterk gebonden platina (Pt) kan dienen als een nucleatieplaats voor toegevoegde metaalatomen, " zei Abhaya K. Datye, professor in UNM's Department of Chemical and Biological Engineering en een van de corresponderende auteurs van deze studie. "Met behulp van ingesloten Pt-atomen, we waren in staat om de vorming van zowel Pt als Pd-oxide tweedimensionale vlotten aan te tonen die de oxidatietoestand en reactiviteit van de actieve fase wijzigen."

"Onze theoretische berekeningen suggereerden dat het vlot niet gemakkelijk water dissociëert, waardoor het nadelige effect van watervergiftiging bij de katalyse van methaanoxidatie wordt geremd, " zei Hua Guo, hoogleraar bij UNM Afdeling Chemie en Chemische Biologie.