Ученые разработали новый доступный и эффективный катализатор для очистки выхлопных газов дизельных двигателей от токсичных оксидов азота, которые могут прийти на смену дорогой и редкой платине и сделать автомобили дешевле, а их двигатели экономичнее, сообщается в статье исследователей, опубликованной в пятницу в выпуске журнала Science.
Отличительной особенностью дизельных двигателей от бензиновых двигателей внутреннего сгорания является работа при повышенной температуре, давлении и большом содержании кислорода в сгораемой смеси. В результате этого при сжигании дизельного топлива образуются оксиды азота, тогда как в обычных бензиновых двигателях азот остается в форме инертной молекулы N2.
Оксиды азота NO и NO2 являются токсичными для человека, а потому современные дизельные двигатели содержат специальную систему очистки выхлопов от этих газов. На первом этапе эта система, в присутствии дополнительных количеств кислорода и платинового катализатора, до окисляет оксид NO до NO2, который затем соединяется в специальной ловушке с щелочными или щелочноземельными элементами, образуя нелетучие соли нитраты или нитриты.
Когда ловушка для NO2 становится полностью заполнена, двигатель переходит в другой режим работы, в котором дизельное топливо сгорает в недостатке кислорода. В результате, хранящийся в ловушке NO2, служит в качестве окислителя для углеводородов дизельного топлива, восстанавливаясь, в свою очередь, до инертной и безвредной молекулы азота N2. Этот процесс также требует участия платинового катализатора.
Группа Уэй Ли (Wei Li) из Исследовательской лаборатории компании General Motors показала, что дорогую и редкую платину в катализаторе можно заменить тройными оксидами переходных элементов периодической системы: лантана, кобальта и марганца, а также тяжелого щелочноземельного металла стронция. Эти оксиды, называемые перовскитами, могут быть описаны химическими формулами La1-X SrXCoO3 и La1-xSrxMnO3.
Как показала команда Ли, эти катализаторы, крайне дешевые и широко доступные, могут также эффективно как и платина выполнять функцию до окисления NO до NO2. При этом, добавление небольших количеств элемента палладия, существенно менее дорогого, чем платина и более распространенного, делает этот катализатор устойчивым к отравлению (снижению активности в результате взаимодействия с посторонним веществом) соединениями серы и высоким температурам.
Разработка ученых может не только привести к удешевлению стоимости автомобилей, но и в перспективе, вероятно, найдет свое применение и в бензиновых двигателях, работающих в режиме пониженного содержания топлива в сгораемой смеси. Такой режим работы бензиновых двигателей позволяет существенно экономить топливо, и снижать тем самым количество парниковых выбросов.
"В настоящее время мы тестируем нашу технологию на реальных автомобилях. Пока что сложно сказать, когда она достигнет рынка, однако, мы надеемся, что это займет не больше нескольких лет", - сказал Ли, слова которого приводит интернет-издание Nature News.
Похожие материалы: