Naarmate auto's zuiniger worden, er gaat minder warmte verloren in de uitlaat, waardoor het moeilijker wordt om de uitgestoten vervuilende stoffen op te ruimen. Onderzoekers van de Washington State University, Pacific Northwest National Laboratory en de Universiteit van New Mexico hebben een katalysator ontwikkeld die in staat is om verontreinigende stoffen te verminderen bij de lagere temperaturen die worden verwacht in geavanceerde motoren. Hun werk, deze week gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap , presenteert een nieuwe manier om een ​​krachtigere katalysator te maken terwijl kleinere hoeveelheden platina worden gebruikt - het duurste onderdeel van emissiebeheersingskatalysatoren.

Katalysatoren zijn een integraal onderdeel van diesel- en benzinemotoren sinds het midden van de jaren zeventig, toen de federale regelgeving begon te eisen dat de hoeveelheid koolmonoxide werd verminderd, koolwaterstoffen en stikstofoxiden. Katalysatoren zetten de verontreinigende stoffen om in goedaardige gassen zoals stikstof, kooldioxide en water.

De onderzoekers gingen de enorme uitdaging aan om een ​​katalysator te ontwerpen die bestand was tegen motoruitlaattemperaturen tot bijna 750 graden Celsius (ongeveer 1, 500 graden Fahrenheit) ondervonden bij hoge motorbelastingen. Toch zou de katalysator nog steeds moeten werken als een motor koud wordt gestart en moet hij de uitlaat opruimen voordat hij 150 graden Celsius bereikt - meer dan 100 graden Celsius minder dan de huidige systemen.

De lagere bedrijfstemperaturen tijdens de koude start zijn te wijten aan een hoger brandstofverbruik in geavanceerde verbrandingsmotoren, waardoor er minder energie achterblijft in de uitlaatpijpen, zei Abhaya Datye, een vooraanstaand professor aan de afdeling Chemische &Biologische Technologie van de Universiteit van New Mexico en co-auteur van de studie.

De recente bevindingen zijn voortgekomen uit een samenwerking tussen onderzoeksgroepen onder leiding van Yong Wang, die een gezamenlijke aanstelling heeft aan de Gene en Linda Voiland School of Chemical Engineering and Bioengineering van de Washington State University en het Pacific Northwest National Laboratory, en Datye's katalysegroep in New Mexico.

Het werk bouwt voort op onderzoek, vorig jaar gepubliceerd in Science, waarin de Wang- en Datye-groepen een nieuwe manier vonden om individuele platina-atomen op het oppervlak van ceriumoxide te vangen en te stabiliseren, een veelgebruikte component in emissiebeheersingskatalysatoren. De zogenaamde single-atom katalysator gebruikt platina efficiënter en blijft stabiel bij hoge temperaturen. Platina wordt doorgaans verhandeld tegen prijzen die dicht bij of zelfs hoger zijn dan die van goud.

Voor hun laatste artikel, de onderzoekers stoomden de katalysator op 750 graden Celsius, bijna 1, 400 graden Fahrenheit. Hierdoor werd de toch al stabiele katalysator zeer actief bij de lage koudestarttemperaturen.

"We waren in staat om de uitdagingen van zowel de stabiliteit bij hoge temperatuur als de activiteit bij lage temperaturen aan te gaan, " zei Wang. Het werk werd gefinancierd door het Amerikaanse ministerie van Energie. Het onderzoek is in overeenstemming met WSU's Grand Challenges, een reeks onderzoeksinitiatieven gericht op grote maatschappelijke vraagstukken. Het is met name relevant voor de uitdaging van duurzame hulpbronnen en het thema energie.