Dieselvoertuigen stoten tegenwoordig minder vervuilende stoffen uit dan oudere voertuigen, dankzij een zeolietkatalysator die ongeveer 10 jaar geleden werd uitgevonden. Hoewel veel groepen sindsdien deze katalysator hebben onderzocht, het was nog onduidelijk waarom het zoveel effectiever is. Door het inwendige van de katalysator in drie dimensies op nanoschaalniveau te observeren, Onderzoekers van de Universiteit Utrecht en Oak Ridge National Laboratory (ORNL) in de VS hebben nu de verklaring gevonden. Na het simuleren van 217, 000 km slijtage, ze vergeleken een 'nieuwe' en een 'oude' versie van de katalysator in detail. Hieruit bleek dat de huidige katalysator veel meer van zijn 'jongere' structuur behoudt dan voorheen gebruikte dieselkatalysatoren. De onderzoekers vonden ook de onderliggende redenen dat deze katalysator zoveel stabieler is gedurende zijn levensduur, en ondervindt slechts minimale schade in vergelijking met eerder gebruikte katalysatoren. De resultaten worden vandaag gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

Dieselkatalysatoren worden blootgesteld aan frequente temperatuurveranderingen, extreem hete stoom en verontreinigende stoffen, maar ze moeten gedurende de hele levensduur van het voertuig stabiel blijven. Die stabiliteit is deels te danken aan de complexiteit van de katalysator. "Op het eerste gezicht, zeolieten lijken misschien gemakkelijk te begrijpen, maar hoe meer je ze bestudeert, hoe meer je gefascineerd raakt door hun complexiteit, " zegt Joel Schmidt (Universiteit Utrecht), hoofdauteur van de publicatie. "Deze complexiteit maakt zeolietkatalysatoren zo effectief, maar het maakt ze ook buitengewoon moeilijk te begrijpen."

Schmidt en zijn collega's hebben de complexiteit van de zeolietkatalysator geanalyseerd met behulp van een unieke en krachtige karakteriseringsmethode die atoomprobetomografie wordt genoemd. Ze konden alle relevante chemische elementen van de katalysator in 3D visualiseren met een resolutie op nanoschaal, voor en na een 217, 000 km gesimuleerde verouderingsprocedure.

De onderzoekers ontdekten dat na dit verouderingsproces, de huidige katalysator behoudt veel meer van zijn 'jongere' structuur dan voorheen gebruikte dieselkatalysatoren. Ze ontdekten ook dat dit kwam omdat de structurele eigenschappen de vorming van een deactiverende koperaluminaatoxidefase voorkomen. Dus, de optimale verdeling op nanoschaal van elementen in de katalysator die verantwoordelijk zijn voor het schone verbrandingsproces blijft intact.

Schonere lucht

“Met onze aanpak we waren in staat om nog een stukje toe te voegen aan de puzzel over het ontwerpen van katalysatoren die aan het einde van de levensduur van een voertuig net zo goed presteren als op de dag dat ze uit de fabriek rolden, " zegt professor Bert Weckhuysen, co-auteur van de publicatie. "Omdat zeolietkatalysatoren ook breed worden gebruikt in de chemische industrie, inzicht in de migratie van chemische elementen onder katalytische bedrijfsomstandigheden is een zeer relevante bijdrage om duurzamere processen te realiseren."