Ричард
Ван Нурден
Катализатор без платины - топливосберегающие двигатели низкой стоимости.
Химики нашли, что дорогой
платиновый катализатор, который очищает дизельные автомобильные обработанные
газы, может быть заменен более дешевым материалом.
Это открытие поможет понизить стоимость топливосберегающих двигателей, включая даже те транспортные средства на бензине, и облегчит для автомобильных
производителей встречу более жестких стандартов на эмиссию.
Команда
во главе с Ли Вей (Li Wei) в лабораториях научных исследований Дженерал Моторс в
Уоррене, штат Мичиган, показала, что окись общего минерала перовскита, легированного стронцием и палладием, работает лучше, чем платина
при очистке выхлопа двигателей внутреннего сгорания.
Автомобили с этими двигателями (обычно дизелем) выпускают меньше
парниковых газов и потребляют меньше топлива на километр чем бензиновые
транспортные средства, но имеют тенденцию быть более дорогими.
Джим
Паркс, который исследует топливную эмиссию и катализаторы в Ок-Ридже
Национальная Лаборатория, Штат Теннесси, говорит что, если платина будет отсутствовать в дизельных катализаторах, "различие в цене может быть
относительно маленьким; возможно US$100-400-$ в зависимости от размера
транспортного средства".
"Мы сейчас тестируем реальные транспортные средств. Трудно
предсказать, когда открытие превратится в коммерческое производство - но возможно
через несколько лет," говорит Ли. Результаты команды изданы в Science1,
и Дженерал Моторс держит временные патенты в работе.
Скажите платине - нет.
"Большая
часть стоимости дизельного автомобилея, стоимость системы очистки выхлопа," говорит Ли и часть этой стоимости образуется из-за платины.
Каталитический трехстадийный конвертер бензиновых автомобилей удаляет окиси азота, угарный газ и углеводороды,используя грамм или
меньше платины, но катализаторы в дизельных двигателях используют
ее в пять - десять раз больше, согласно Дэвиду Джолли, Лондонской химической группы и изготовителя катализатора Джонсона Маттей.
Платина в настоящее время стоит 1 580 $ за унцию (эквивалентную
приблизительно тридцати одному грамм), хотя цена изменчива; два года назад она превышала 2
000 $.
Платина
необходима для катализатора двигателя,,чтобы обычные двигатели потребляли меньше топлива в богатой кислородом среде. В этих условиях, стандартный каталитический трехстадийный конвертер будет все еще очищать, управляя эмиссией угарного газа, но он не может эффективно очистить газы от окиси азота (NOx),основной компонент смога. Вместо
этого катализатор преобразовывает окись азота (NO) в
диоксид азота (NO2). Далее каждые несколько минут, богатые NO2 газы, обрабатываются в катализаторе до газа азота. Платина
является необходимой для того, чтобы преобразовать NO в NO2.
Уже
возможно избежать платиновых катализаторов в целом. Много производителей, продающих
автомобили в Соединенных Штатах, где есть более жесткие стандарты эмиссии NOx,
недавно хотели делать так. Но эта работа сложна и не менее дорога: для этого требуется мочевина на борту автомобиля; которая
разлагается до аммиака, который затем реагирует с NOx, чтобы образовать азот и
воду. Однако, мочевина имеет тенденцию замерзать при холодной погоде и это лишняя масса для автомобиля
Что же лучше всего?
Окись
перовскита была изучена для использования как катализатор в течение многих десятилетий,
но Ли, и его команда нашла, что замена некоторыми из атомов в кобальто-лантановом или марганца-лантановом перовскитах, атомами стронция резко улучшила их
работу при окислении NO .
К
тому же, добавляя редкий металлический палладий к катализатору, команда была в
состоянии избежать полезных ископаемых, становящихся отравленной серой,
испускаемой в топливном выхлопе. Палладий - другой редкий металл, но он на 70
% более дешевый чем платина. В целом, эта система выиграла у коммерческих
дизельных катализаторов окисления, пишет в отчете команда Ли.
"Я
не видел ничто больше с таким хорошим окислением, используя неблагородный
металлический катализатор," говорит Луиза Олссон, которая исследует топливные катализаторы в Технологическом Университете Чалмерса в Гетеборге, Швеция.
"Я тестировал эти типы катализаторов 13 лет назад, и я не мог получить эти
результаты," говорит Оуэн Бэйлей, который теперь проверяет подобные
катализаторы в группе технологии материалов в Брюсселе.
Как работает стронций нам непонятно, говорит Ли. Руководитель команды исследователей предполагает, что стронций помогает связывать катализатору атомы кислорода на стадии окисления.
Nature
|
