En nyutvecklad katalysator med unika, "flottar" i atomstorlek gör ett bättre jobb än nuvarande teknik för att sanera utsläpp från naturgasmotorer.

Arbetet, redovisas i Naturkatalys , kan göra naturgasdriven teknik renare och mer lönsam för lastbilar, terrängfordon och drivlinor för utrustning. Forskare utvecklade katalysator "flottar" av palladium (Pd) oxid som hålls samman med enskilda atomer av platina. Deras katalysator är effektiv för att rena upp naturgasen och gör att den katalytiska reaktionen är mer tolerant mot vattenånga, minska mängden oförbränd metan som skulle släppas ut.

Medan naturgasmotorer är renare än bensin- eller dieselmotorer, skapar cirka 25 % mindre koldioxidutsläpp och mindre partikelföroreningar, de avger oförbränd metan eftersom deras avgaskatalysatorer inte är effektiva vid låga temperaturer. Den nya utvecklingen visade sig fungera vid högre reaktionshastigheter än nuvarande teknologi.

"Förbättringarna av energieffektivitet måste gå hand i hand med efterbehandlingsteknikerna, sa Yong Wang, Voiland Distinguished Professor vid Washington State Universitys Gene and Linda Voiland School of Chemical Engineering and Bioengineering och en av motsvarande författare på tidningen. "För närvarande, förbränning från metan för att generera kraft kan inte använda den mest effektiva förbränningstekniken. Så det fungerar, men det finns utrymme för ytterligare förbättringar i den effektiviteten."

Teamet leddes av forskare från WSU och University of New Mexico med ett antal medarbetare i USA, Europeiska unionen och Kina.

Även om det inte används lika mycket i USA, naturgasmotorer används ofta i fordon över hela världen, speciellt i Kina, Iran och Indien. Eftersom de är mindre förorenande än dieselmotorer, de används ofta i lastbilar och bussar i tätorter. Naturgasdrivna motorer används också inom gasindustrin för att driva tusentals kompressorer som pumpar naturgas till människors hem.

Dock, dessa naturgasdrivna fordon avger oförbränd metan eftersom deras avgaskatalysatorer inte är effektiva vid låga temperaturer. Ju effektivare motorerna fungerar och desto renare bränner de, ju lägre avgastemperaturen blir och desto sämre presterar katalysatorerna vid sanering av föroreningar. Oförbränd metan från motorn, särskilt, är en potent växthusgas som är cirka 25 gånger värre än koldioxid, bidra till klimatförändringarna.

Vidare, en av biprodukterna av metanförbränning är vatten, och konventionella katalysatorer är "notoriskt dåliga" när det gäller att arbeta i närvaro av vatten, sa Wang. Det renare brinnande bränslet slutar arbeta mot sig självt för att ta bort föroreningar.

Jämfört med typiskt använda katalysatorer gjorda av Pd-oxid-nanopartiklar, flottarna som forskarna utvecklade ger bättre tolerans mot vattenånga med förbättrad reaktivitet.

"Den starkt bundna platina (Pt) kan fungera som ett kärnbildningsställe för tillsatta metallatomer, " sade Abhaya K. Datye, professor vid UNM:s institution för kemi- och biologisk teknik och en av motsvarande författare till denna studie. "Med hjälp av fångade Pt-atomer, vi kunde demonstrera bildningen av Pt såväl som Pd-oxid tvådimensionella flottar som modifierar oxidationstillståndet och reaktiviteten för den aktiva fasen."

"Våra teoriberäkningar antydde att flotten inte lätt dissocierar vatten, på så sätt hämmar den negativa effekten av vattenförgiftning i katalysen av metanoxidation, sa Hua Guo, professor vid UNM Institutionen för kemi och kemisk biologi.