Doğal gaz motoru egzozundan yanmamış metanı çıkarmaya yönelik günümüzün katalizörleri, düşük başlangıç sıcaklıklarında verimsizdir veya daha yüksek çalışma sıcaklıklarında bozulur. SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı ve Washington Eyalet Üniversitesi tarafından geliştirilen yeni bir tek atomlu katalizör, bu iki sorunu da çözüyor ve metanın %90’ını ortadan kaldırıyor. Bu çizim, katalizörün yüzeyinde metan (beyaz kabarcıklar) çıkaran bireysel paladyum atomlarını (beyaz) göstermektedir. Kredi: Cortland Johnson/Pacific Northwest Ulusal Laboratuvarı
Bilim adamları, düşük sıcaklıklarda doğal gaz motoru egzozundan yanmamış metanın %90’ını çıkarabilen ve önemli ölçüde daha düşük sıcaklık potansiyeli sunan, tekli paladyum atomları kullanan bir katalizör geliştirdiler. metan emisyonları. Bu gelecek vaat eden teknolojiyi ticarileştirmeye doğru ilerletmek için daha fazla araştırma yapılıyor.
Öncü Katalizör Teknolojisi
Tek veya birkaç paladyum atomu kullanan bir katalizör, yanmamış metanın %90’ını doğal gaz motoru egzozundan çıkardı. son bir çalışmada düşük sıcaklıklar. Daha fazla araştırma yapılması gerekse de, tek atomlu katalizdeki ilerleme, ısıyı karbondioksitten yaklaşık 25 kat daha fazla tutan en kötü sera gazlarından biri olan metan egzoz emisyonlarını azaltma potansiyeline sahiptir.
Umut verici. Motor Emisyon Kontrolündeki Bulgular
Washington Eyalet Üniversitesi ile SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı arasında yürütülen bir araştırma olan Nature Catalysis dergisinde yer alan habere göre, tek atomlu katalizörün daha düşük sıcaklıklarda motor egzozundan metan çıkarabildiğini, 350 Santigrat derecenin (662 Fahrenhayt derece) altında, daha yüksek sıcaklıklarda reaksiyon stabilitesini korurken.
“Bu, insanların mücadele ettiği zorlukların (düşük sıcaklıkta hareketsizlik ve yüksek sıcaklık) mucizevi bir şekilde üstesinden gelen, neredeyse kendi kendini değiştiren bir süreçtir. WSU’nun Gene ve Linda Voiland Kimya Mühendisliği ve Biyomühendislik Okulu’nda Regent Profesörü ve makalenin ilgili yazarı Yong Wang, “istikrarsızlık” dedi.
Doğal Gaz Motorlarının Zorlukları
Doğal gaz motorları dünya çapında yaklaşık 30 milyon ila 40 milyon araçta kullanılmaktadır ve Avrupa ve Asya’da popülerdir. Gaz endüstrisi de bunları insanların evlerine doğal gaz pompalayan kompresörleri çalıştırmak için kullanıyor. Genellikle benzinli veya dizel motorlardan daha temiz kabul edilirler, daha az karbon ve partikül kirliliği oluştururlar.
Bununla birlikte, bu doğal gazla çalışan motorlar çalıştırıldıklarında yanmamış, ısıyı hapseden metan yayarlar çünkü katalitik konvertörleri ‘ t Düşük sıcaklıklarda iyi çalışır. Metan gidermeye yönelik katalizörler ya daha düşük egzoz sıcaklıklarında verimsizdir ya da daha yüksek sıcaklıklarda ciddi şekilde bozunurlar.
Metan Kontrolünün Önemi
“Doğal gaz kullanmaya yönelik büyük bir eğilim var, ancak siz yanmalı motorlar için kullanın, egzozdan her zaman yanmamış doğal gaz çıkacaktır ve bunu gidermenin bir yolunu bulmalısınız. SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı’nda kadrolu bir bilim insanı olan ortak yazar Frank Abild-Pedersen, aksi takdirde daha şiddetli küresel ısınmaya neden olursunuz. “Egzozdan metanın %90’ını çıkarabilir ve reaksiyonu sabit tutabilirseniz, bu muazzam bir şey.”
Aktif metallerin bir destek üzerinde tek tek dağıldığı tek atomlu bir katalizör, ayrıca pahalı olan her atomu kullanır ve değerli metaller, diye ekledi Wang.
“Onları daha reaktif hale getirebilirseniz, bu pastanın üzerindeki kremadır,” dedi.
Tek Palladyum Atomlarıyla Etkili Metan Giderme
{ 6}Araştırmacılar çalışmalarında, seryum oksit desteği üzerindeki tekli paladyum atomlarından yapılan katalizörlerinin, motor yeni çalışıyorken bile motor egzozundan metanı verimli bir şekilde çıkardığını gösterebildiler.
Bu izi buldular. motor egzozunda her zaman bulunan karbon monoksit miktarları, oda sıcaklığında reaksiyon için dinamik olarak aktif bölgelerin oluşturulmasında önemli bir rol oynadı. Karbon monoksit, paladyumun tek atomlarının, düşük sıcaklıklarda metan moleküllerini etkili bir şekilde parçalayan iki veya üç atomlu kümeler oluşturmak üzere göç etmesine yardımcı oldu.
Ardından, egzoz sıcaklıkları yükseldikçe, nanometrenin altında boyutlar kümeler, katalizörün termal olarak kararlı olması için yeniden tek atomlara dağıldı. Bu tersine çevrilebilir süreç, katalizörün etkili bir şekilde çalışmasını sağlar ve motorun çalıştığı süre boyunca (soğuk çalıştırma dahil) her paladyum atomunu kullanır.
Ticarileştirmeye Doğru Hareket
Christopher Tassone, SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvar personeli bilim adamı ve makalenin ortak yazarı, ekibin paladyum katalizörünü kararlı ve oldukça aktif tutma becerisini övdü ve bunu ekibin çeşitli uzmanlığına bağladı. “Desteklenen paladyum katalizörünü kararlı ve son derece aktif tutmanın gerçekten bir yolunu bulabildik ve bunun neden olduğunu anlamak için ekipteki çeşitli uzmanlıklar sayesinde başardık.”
Araştırmacılar katalizör teknolojisini daha da geliştirmek ve paladyumun neden platin gibi diğer değerli metallerden farklı davrandığını daha iyi anlamak için, araştırmanın araçlara dahil edilmesinin bir yolu olduğunu kabul ediyorlar. Ancak, teknolojiyi ticarileştirmeye daha yakın hale getirmek için endüstri ortakları ve Pacific Northwest Ulusal Laboratuvarı ile iş birliği sürüyor.
Referans: “Etkili metan giderimi için serya üzerinde nanometre altı boyutlu paladyumun dinamik ve geri dönüşümlü dönüşümleri”, Dong Jiang, Gang Wan, Joakim Halldin Stenlid, Carlos E. García-Vargas, Jianghao Zhang, Chengjun Sun, Junrui Li, Frank Abild-Pedersen, Christopher J. Tassone ve Yong Wang, 20 Temmuz 2023, Nature Catalysis.
DOI : 10.1038/s41929-023-00983-8
Wang, Abild-Pedersen ve Tassone’ye ek olarak, Voiland Okulu’nda kıdemli araştırma görevlisi olan Dong Jiang da çalışmayı yönetti. Çalışma, ABD Enerji Bakanlığı Temel Enerji Bilimleri Ofisi tarafından finanse edildi.