Guillaume Rolland
Des atomes de palladium individuels attachés à la floor d’un catalyseur peuvent éliminer 90% du méthane non brûlé des gaz d’échappement des moteurs à gaz naturel à basse température, ont rapporté aujourd’hui des scientifiques dans la revue Character Catalysis.
Bien que des recherches supplémentaires soient nécessaires, ont-ils déclaré, les progrès de la catalyse à un seul atome ont le potentiel de réduire les émissions de gaz d’échappement de méthane, l’un des pires gaz à effet de serre, qui piège la chaleur à approximativement 25 fois le taux de dioxyde de carbone.
Des chercheurs du Laboratoire countrywide des accélérateurs SLAC du Département de l’énergie et de l’Université de l’État de Washington ont montré que le catalyseur éliminait le méthane des gaz d’échappement des moteurs à la fois aux températures in addition basses où les moteurs démarrent et aux températures plus élevées où ils fonctionnent le moreover efficacement, mais où les catalyseurs se décomposent souvent.
“C’est presque un processus d’auto-modulation qui surmonte miraculeusement les défis auxquels les gens se sont battus – l’inactivité à basse température et l’instabilité à haute température”, a déclaré Yong Wang, professeur Regents à la WSU’s Gene and Linda Voiland Faculty of Chemical Engineering and Bioengineering et l’un des quatre auteurs principaux de l’article.
Une source croissante de pollution au méthane
Les moteurs fonctionnant au gaz naturel alimentent 30 à 40 millions de véhicules dans le monde et sont populaires en Europe et en Asie. L’industrie du gaz naturel les utilise également pour faire fonctionner des compresseurs qui pompent le gaz jusqu’aux habitations. Ils sont généralement considérés comme in addition propres que les moteurs à essence ou diesel, créant moins de air pollution par le carbone et les particules.
Cependant, lorsque les moteurs au gaz naturel démarrent, ils émettent du méthane non brûlé qui retient la chaleur auto leurs convertisseurs catalytiques ne fonctionnent pas bien à basse température. Les catalyseurs d’aujourd’hui pour l’élimination du méthane sont soit inefficaces à des températures d’échappement furthermore basses, soit ils se dégradent sévèrement à des températures moreover élevées.
“Il y a une grande tendance à utiliser le gaz naturel, mais lorsque vous l’utilisez pour les moteurs à combustion, il y aura toujours du gaz naturel non brûlé dans les gaz d’échappement, et vous devez trouver un moyen de l’éliminer. Sinon, vous provoquez un réchauffement climatique furthermore grave”, a déclaré le co-auteur Frank Abild-Pedersen, scientifique du SLAC et codirecteur du SUNCAT Middle for Interface Science and Catalysis du laboratoire, qui est géré conjointement avec l’Université de Stanford. “Si vous pouvez éliminer 90 % du méthane des gaz d’échappement et maintenir la réaction stable, c’est formidable.”
Un catalyseur avec des atomes uniques du métal chimiquement actif dispersés sur un assist utilise également chaque atome du métal cher et précieux, a ajouté Wang.
“Si vous pouvez les rendre as well as réactifs”, a-t-il déclaré, “c’est la cerise sur le gâteau”.
Aide inattendue d’un autre pollueur
Dans leurs travaux, les chercheurs ont montré que leur catalyseur composé d’atomes de palladium simples sur un assistance d’oxyde de cérium éliminait efficacement le méthane des gaz d’échappement du moteur, même lorsque le moteur venait juste de démarrer.
Ils ont également découvert que des traces de monoxyde de carbone toujours présentes dans les gaz d’échappement des moteurs jouaient un rôle clé dans la development dynamique de web pages actifs pour la réaction à température ambiante. Le monoxyde de carbone a aidé les atomes uniques de palladium à migrer pour previous des amas de deux ou trois atomes qui séparent efficacement les molécules de méthane à basse température.
Puis, à mesure que les températures d’échappement augmentaient, les amas se séparaient en atomes uniques et se redispersaient, de sorte que le catalyseur était thermiquement steady. Ce processus réversible a permis au catalyseur de fonctionner efficacement et d’utiliser chaque atome de palladium pendant toute la durée de fonctionnement du moteur, y compris lorsqu’il a démarré à froid.
“Nous avons vraiment pu trouver un moyen de maintenir le catalyseur au palladium supporté secure et hautement actif et, grâce à l’expertise diversifiée de l’équipe, de comprendre pourquoi cela se produisait”, a déclaré Christopher Tassone, scientifique du staff du SLAC.
Les chercheurs travaillent à faire progresser la technologie des catalyseurs. Ils aimeraient mieux comprendre pourquoi le palladium se comporte d’une certaine manière alors que d’autres métaux précieux comme le platine agissent différemment.
La recherche a encore du chemin à faire avant d’être mise à l’intérieur d’une voiture, mais les chercheurs collaborent avec des partenaires de l’industrie ainsi qu’avec le Pacific Northwest Nationwide Laboratory du DOE pour rapprocher le travail de la commercialisation.
Avec Wang, Abild-Pedersen et Tassone, Dong Jiang, associé de recherche principal à la Voiland College de la WSU, a également dirigé les travaux. Les travaux ont été financés par le Bureau des sciences du DOE et comprenaient des recherches menées à la resource lumineuse de rayonnement synchrotron de Stanford (SSRL) du SLAC, à la resource de photons avancée (APS) du Laboratoire nationwide d’Argonne et au Centre nationwide de calcul scientifique pour la recherche énergétique (NERSC), qui sont tous les installations des utilisateurs du Bureau des sciences du DOE.
