Secondo uno studio recente, un catalizzatore che utilizza uno o pochi atomi di palladio ha rimosso il 90% del metano incombusto dallo scarico del motore a gas naturale a basse temperature. Sebbene siano necessarie ulteriori ricerche, il progresso nella catalisi a singolo atomo ha il potenziale per ridurre le emissioni di gas di scarico di metano, uno dei peggiori gas serra che intrappola il calore a circa 25 volte il tasso di anidride carbonica.
Segnalazione nel giornale, Catalisi della naturauno sforzo di ricerca tra la Washington State University e lo SLAC National Accelerator Laboratory ha dimostrato che il catalizzatore a singolo atomo era in grado di rimuovere il metano dallo scarico del motore a temperature inferiori, inferiori a 350 gradi Celsius (662 gradi Fahrenheit), mantenendo la stabilità della reazione a temperature più elevate.
“È quasi un processo auto-modulante che supera miracolosamente le sfide che le persone hanno combattuto: inattività a bassa temperatura e instabilità ad alta temperatura”, ha affermato Yong Wang, Regents Professor presso la Gene and Linda Voiland School of Chemical Engineering and Bioengineering della WSU e autore corrispondente dell’articolo.
I motori a gas naturale sono utilizzati in circa 30-40 milioni di veicoli in tutto il mondo e sono diffusi in Europa e in Asia. L’industria del gas li utilizza anche per far funzionare i compressori che pompano gas naturale nelle case delle persone. Sono generalmente considerati più puliti dei motori a benzina o diesel, poiché creano meno inquinamento da carbonio e particolato.
Tuttavia, quando questi motori alimentati a gas naturale si avviano, emettono metano incombusto che intrappola il calore perché i loro convertitori catalitici non funzionano bene alle basse temperature. I catalizzatori per la rimozione del metano sono inefficienti a temperature di scarico inferiori o si degradano gravemente a temperature più elevate.
“C’è una grande spinta verso l’uso del gas naturale, ma quando lo usi per i motori a combustione, ci sarà sempre gas naturale incombusto dallo scarico, e devi trovare un modo per rimuoverlo. In caso contrario, causerai un riscaldamento globale più grave”, ha detto il coautore Frank Abild-Pedersen, uno scienziato dello SLAC National Accelerator Laboratory. “Se riesci a rimuovere il 90% del metano dallo scarico e mantenere stabile la reazione, è fantastico.”
Un catalizzatore a singolo atomo con i metalli attivi dispersi singolarmente su un supporto utilizza anche ogni atomo dei metalli costosi e preziosi, ha aggiunto Wang.
“Se riesci a renderli più reattivi, questa è la ciliegina sulla torta”, ha detto.
Nel loro lavoro, i ricercatori sono stati in grado di dimostrare che il loro catalizzatore costituito da singoli atomi di palladio su un supporto di ossido di cerio rimuoveva efficacemente il metano dallo scarico del motore, anche quando il motore era appena avviato.
Hanno scoperto che tracce di monossido di carbonio che sono sempre presenti nello scarico del motore hanno svolto un ruolo chiave nella formazione dinamica di siti attivi per la reazione a temperatura ambiente. Il monossido di carbonio ha aiutato i singoli atomi di palladio a migrare per formare gruppi di due o tre atomi che rompono efficacemente le molecole di metano a basse temperature.
Quindi, quando le temperature di scarico sono aumentate, i cluster di dimensioni inferiori al nanometro si sono nuovamente dispersi in singoli atomi in modo che il catalizzatore fosse termicamente stabile. Questo processo reversibile consente al catalizzatore di funzionare in modo efficace e utilizza ogni atomo di palladio per tutto il tempo in cui il motore è in funzione, anche quando si avvia a freddo.
“Siamo stati davvero in grado di trovare un modo per mantenere il catalizzatore di palladio supportato stabile e altamente attivo e, grazie alle diverse competenze del team, capire perché questo stava accadendo”, ha affermato Christopher Tassone, uno scienziato del personale presso lo SLAC National Accelerator Laboratory e coautore dell’articolo.
I ricercatori stanno lavorando per far avanzare ulteriormente la tecnologia del catalizzatore. Vorrebbero capire meglio perché il palladio si comporta in un modo mentre altri metalli preziosi come il platino si comportano diversamente.
La ricerca ha ancora molta strada da fare prima che venga messa all’interno di un’auto, ma i ricercatori stanno collaborando con partner del settore e con il Pacific Northwest National Laboratory per avvicinare un giorno il lavoro alla commercializzazione.
Oltre a Wang, Abild-Pedersen e Tassone, anche Dong Jiang, senior research associate alla Voiland School, ha guidato il lavoro. Il lavoro è stato finanziato dall’Office of Basic Energy Sciences del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
