Araştırmacılar, bir katalizöre bağlı ayrı ayrı paladyum atomlarının, düşük sıcaklıklarda doğal gaz motor egzozundan yanmamış metanın %90’ını etkili bir şekilde çıkarabildiğini duyurdu. Bu yenilikçi tek atomlu katalizör, önemli bir sera gazı olan metan emisyonlarını potansiyel olarak azaltabilir.
Araştırmacılar, doğal gaz yakan motorların egzozundaki güçlü sera gazını ortadan kaldırmanın bir yolunu gösteriyor.{ 8}
Tekli paladyum atomları kullanan yeni bir katalizör, yanmamış metanın %90’ını doğal gaz motoru egzozundan etkili bir şekilde çıkarabilir ve potansiyel olarak sera gazı emisyonlarının azaltılmasına önemli bir katkı sağlayabilir. Teknolojiyi ilerletmek ve ticarileşmeye yaklaşmak için daha fazla araştırma yapılıyor.
Metan Emisyon Kontrolünde Devrim Yaratan: Yeni Bir Katalizör Yaklaşımı
Bir katalizörün yüzeyine bağlı tek tek paladyum atomları, metan emisyonunun %90’ını ortadan kaldırabilir. bilim adamlarının 20 Temmuz’da Nature Catalysis dergisinde bildirdiğine göre, düşük sıcaklıklarda doğal gaz motor egzozundan yanmamış metan.
Daha fazla araştırma yapılması gerekse de tek atomlu katalizdeki ilerleme , ısıyı karbondioksit oranından yaklaşık 25 kat daha fazla tutan, en kötü sera gazlarından biri olan metan egzoz emisyonlarını azaltma potansiyeline sahiptir.
Motor Çalışma Sıcaklıklarında Umut Veren Sonuçlar
{6 }Enerji Bakanlığı’nın SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı ve Washington Eyalet Üniversitesi’nden araştırmacılar, katalizörün hem motorların çalışmaya başladığı düşük sıcaklıklarda hem de en verimli şekilde çalıştıkları, ancak katalizörlerin sıklıkla bozulduğu yüksek sıcaklıklarda motor egzozundan metan çıkardığını gösterdi.
Doğal gaz motoru egzozundan yanmamış metan çıkarmak için kullanılan günümüzün katalizörleri ya düşük başlangıç sıcaklıklarında verimsizdir ya da 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
“Bu, insanların mücadele ettiği düşük sıcaklıkta hareketsizlik ve yüksek sıcaklıkta dengesizlik gibi zorlukların mucizevi bir şekilde üstesinden gelen, neredeyse kendi kendini ayarlayan bir süreç,” dedi Yong Wang, WSU’nun Gene ve Linda Voiland Kimya Mühendisliği ve Biyomühendislik Okulu’nda Regents Profesörü ve makaledeki dört baş yazardan biri.
Doğal Gaz Motorlarından Kaynaklanan Metan Emisyonlarını Ele Alma
Doğal gazla çalışan motorlar Dünya çapında 30 milyon ila 40 milyon araç ve Avrupa ve Asya’da popüler. Doğal gaz endüstrisi de bunları insanların evlerine gaz pompalayan kompresörleri çalıştırmak için kullanıyor. Genellikle benzinli veya dizel motorlardan daha temiz kabul edilirler ve daha az karbon ve partikül kirliliği oluştururlar.
Bununla birlikte, doğal gaz motorları çalıştırıldığında, katalitik konvertörleri çalışmadığından yanmamış, ısıyı hapseden metan yayarlar. düşük sıcaklıklarda iyi. Günümüzün metan giderme katalizörleri ya daha düşük egzoz sıcaklıklarında verimsizdir ya da daha yüksek sıcaklıklarda ciddi şekilde bozunurlar.
Katalizörün Ekonomik ve Çevresel Etkisi
“Doğal gaz kullanımına yönelik büyük bir eğilim var, ancak ne zaman içten yanmalı motorlar için kullanırsınız, egzozdan her zaman yanmamış doğal gaz çıkar ve bunu gidermenin bir yolunu bulmalısınız. SLAC kadrolu bilim adamı ve laboratuvarın SUNCAT ile ortaklaşa yürütülen Arayüz Bilimi ve Kataliz Merkezi’nin eş direktörü olan ortak yazar Frank Abild-Pedersen, aksi takdirde daha şiddetli küresel ısınmaya neden olursunuz” dedi. Stanford Üniversitesi. “Egzozdan metanın %90’ını çıkarabilir ve reaksiyonu sabit tutabilirseniz, bu muazzam bir şey.”
Bir destek üzerinde dağılmış kimyasal olarak aktif metalin tek atomlarına sahip bir katalizör ayrıca pahalı olan her atomu kullanır. ve değerli metal, diye ekledi Wang.
“Onları daha reaktif hale getirebilirseniz,” dedi, “bu pastanın üzerindeki kremadır.”
Katalizör Verimliliğinde Karbon Monoksitin Rolü{ 10}
Araştırmacılar çalışmalarında, seryum oksit desteği üzerindeki tekli paladyum atomlarından yapılan katalizörlerinin, motor yeni çalışırken bile motor egzozundan metanı etkili bir şekilde çıkardığını gösterdiler.
Ayrıca şunu da buldular: motor egzozunda her zaman bulunan eser miktarda karbon monoksit, oda sıcaklığında reaksiyon için dinamik olarak aktif bölgelerin oluşturulmasında önemli bir rol oynadı. Karbon monoksit, paladyumun tek atomlarının, düşük sıcaklıklarda metan moleküllerini verimli bir şekilde parçalayan iki veya üç atomlu kümeler oluşturmak üzere göç etmesine yardımcı oldu.
Ardından, egzoz sıcaklıkları yükseldikçe kümeler, tek atomlu kümelere ayrıldı. atomlar ve yeniden dağıtıldı, böylece katalizör termal olarak kararlıydı. Bu tersine çevrilebilir süreç, katalizörün etkili bir şekilde çalışmasını sağladı ve motorun çalıştığı süre boyunca (soğuk çalıştırma dahil) her paladyum atomunu kullandı.
“Desteklenen paladyum katalizörünü sabit tutmanın gerçekten bir yolunu bulduk. SLAC çalışanı bilim insanı Christopher Tassone, “Geleceğin Yönelimleri
Araştırmacılar, bunun neden olduğunu anlamak için ekipteki çeşitli uzmanlıklar nedeniyle son derece aktif,” dedi. katalizör teknolojisi. Paladyumun neden bir şekilde davrandığını, platin gibi diğer değerli metallerin ise farklı davrandığını daha iyi anlamak istiyorlar.
Araştırmanın, bir arabaya yerleştirilmeden önce kat edilmesi gereken bir yol var, ancak araştırmacılar, endüstri ortaklarının yanı sıra DOE’nin Pasifik Kuzeybatı Ulusal Laboratuvarı ile işi ticarileştirmeye yaklaştırdı.
Referans: “Etkili metan giderme 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
WSU’nun Voiland Okulu’nda kıdemli araştırma görevlisi olan Dong Jiang, Wang, Abild-Pedersen ve Tassone ile birlikte çalışmayı yönetti. Çalışma, DOE Bilim Ofisi tarafından finanse edildi ve SLAC’ın Stanford Synchrotron Radyasyon Işık Kaynağı (SSRL), Argonne Ulusal Laboratuvarı Gelişmiş Foton Kaynağı (APS) ve Ulusal Tamamı DOE Office of Science kullanıcı tesisleri olan Energy Research Scientific Computing Center (NERSC).