Dieselfordon idag släpper ut mindre föroreningar än äldre fordon, tack vare en zeolitkatalysator som uppfanns för cirka 10 år sedan. Även om många grupper har undersökt denna katalysator sedan dess, det var fortfarande oklart varför det är så mycket mer effektivt. Genom att observera katalysatorns inre i tre dimensioner på nanoskalanivå, forskare från Utrecht University och Oak Ridge National Laboratory (ORNL) i USA har nu hittat förklaringen. Efter att ha simulerat 217, 000 km slitage, de jämförde en "ny" och en "gammal" version av katalysatorn i detalj. Detta avslöjade att den nuvarande katalysatorn behåller mycket mer av sin "yngre" struktur än tidigare använda dieselkatalysatorer. Forskarna fann också de bakomliggande orsakerna till att denna katalysator är så mycket mer stabil under sin livslängd, och upplever endast minimal skada jämfört med tidigare använda katalysatorer. Resultaten publiceras idag i Naturkommunikation .
Dieselkatalysatorer utsätts för frekventa temperaturförändringar, extremt het ånga och föroreningar, men de måste förbli stabila under hela fordonets livslängd. Denna stabilitet beror delvis på katalysatorns komplexitet. "Vid första ögonkastet, zeoliter kan verka lätta att förstå, men ju mer du studerar dem, ju mer fascinerad du blir av deras komplexitet, säger Joel Schmidt (Utrecht University), publikationens huvudförfattare. "Denna komplexitet är det som gör zeolitkatalytiska omvandlare så effektiva, men det gör dem också exceptionellt svåra att förstå."
Schmidt och hans kollegor har analyserat komplexiteten hos zeolitkatalysatorn med hjälp av en unik och kraftfull karakteriseringsmetod som kallas atomsondtomografi. De kunde visualisera alla katalysatorns relevanta kemiska element i 3D i nanoskala upplösning, före och efter en 217, 000 km simulerad åldrandeprocedur.
Forskarna fann att efter denna åldrandeprocess, den nuvarande katalysatorn behåller mycket mer av sin "yngre" struktur än tidigare använda dieselkatalysatorer. De upptäckte också att detta berodde på att dess strukturella egenskaper förhindrar bildandet av en deaktiverande kopparaluminatoxidfas. Således, den optimala nanoskalafördelningen av grundämnen inom katalysatorn som ansvarar för den rena förbränningsprocessen förblir intakt.
Renare luft
"Med vårt tillvägagångssätt, vi kunde lägga till ytterligare en bit till pusslet om hur man designar katalysatorer som presterar lika bra i slutet av ett fordons liv som de gjorde dagen då de rullade ut från fabriken, säger professor Bert Weckhuysen, medförfattare till publikationen. "Eftersom zeolitkatalysatorer används i stor utsträckning även inom den kemiska industrin, insikt om migration av kemiska element under katalytiska driftsförhållanden är ett mycket relevant bidrag för att förverkliga mer hållbara processer."
