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2024-10-11 02:39:00
水素燃焼内燃エンジンは、地球温暖化を引き起こす炭素を排出せずに強力であるため、気候変動との闘いにおいて大きな期待をもたらします。
これらは大型トラックやバスに電力を供給することができ、オフロード機器や農業機器、バックアップ発電機に適しており、ディーゼル エンジンに代わるよりクリーンな代替手段となります。
しかし、それらは完全にきれいではありません。高温の燃焼プロセス中に窒素酸化物を放出します。窒素酸化物は大気中の他の化合物と反応して有害なオゾンや微粒子物質を形成し、肺を悪化させ、長期的な健康上の問題を引き起こします。
幸いなことに、カリフォルニア大学リバーサイド校の科学者たちは、触媒コンバーターの効率を向上させることで、水素エンジンによるこの汚染を大幅に軽減する低コストの方法を発見しました。
雑誌で報告されているように ネイチャーコミュニケーションズ研究者らは、Yゼオライトと呼ばれる高多孔質材料を触媒コンバーターにプラチナを注入すると、窒素酸化物と水素の反応が大幅に促進され、それらが無害な窒素ガスと水蒸気に変換されることを発見しました。
ゼオライトを含まない触媒コンバーターと比較して、無害な物質に変換される窒素酸化物の量は、摂氏250度のエンジン温度で4～5倍増加したことが研究で判明した。このシステムは低温で特に効果的であり、これはエンジンが最初に始動し、まだ比較的温度が低いときに汚染を軽減するために重要です。
さらに、この技術は水素噴射システムを備えたディーゼルエンジンからの汚染も減らすことができると、責任著者でUCRのボーンズ工科大学の化学・環境工学准教授のFudong Liu氏は説明した。水素注入は、大型ディーゼルトラック用の選択的触媒還元システムで使用される注入システムに似ています。
ゼオライトは、主にシリコン、アルミニウム、酸素原子で構成される明確な結晶構造を備えた低コストの材料です。その大きな表面積と、均一な細孔とチャネルからなる三次元のケージ状のフレームワークにより、汚染物質のより効率的な分解が可能になります。
研究者らは、白金を Y ゼオライト (ゼオライト化合物の広範なファミリーの合成タイプ) と物理的に混合することにより、水素燃焼プロセス中に生成される水を効果的に捕捉するシステムを作成しました。この水分が豊富な環境は、窒素還元効率を向上させる鍵となる水素の活性化を促進します。
UCRの研究科学者であり、この研究の筆頭著者であるShaohua Xie氏は、ゼオライト自体は触媒ではないと説明した。その代わりに、水分が豊富な環境を作り出すことでプラチナ触媒の効果を高めます。 Liping Liu 博士バージニア工科大学の学生で准教授のHongliang Xin氏は、新しい触媒システムの理論モデリングを通じてこの概念をさらに検証しました。
「この概念は他のタイプのゼオライトにも適用できます」とXie氏は付け加えた。 「それは普遍的な戦略です。」
劉氏は、汚染削減方法は比較的簡単だと強調した。
「複雑な化学プロセスやその他の物理プロセスを使用する必要はありません」とリュー氏は言う。 「白金とゼオライトという 2 つの材料を混合し、反応を実行するだけで、活性と選択性が向上することがわかります。」
UCRのLiu、Xie、Kailong YeはプラチナとYゼオライトの粉末を混合し、ニュージャージー州アイセリンにあるBASF Environmental Catalyst and Metal Solutions（ECMS）の共同研究者であるYuejin Liに提供した。この粉末を結合化合物を含む濃厚な液体スラリーにし、プロトタイプの触媒コンバーター内のハニカム構造に塗布しました。ニューヨーク州アプトンにあるブルックヘブン国立研究所の国立シンクロトロン光源 II (NSLS-II) の科学者も協力者でした。
Liu氏とXie氏は、研究に資金を提供したBASFが、出願中の特許の対象となっているこの技術を商業化することを期待している。
「そうですね、私たちは誇りに思っています」と謝さんは言った。 「私たちは窒素酸化物の排出規制に対処するための新しい技術を開発しました。これは素晴らしい技術だと思います。」
#科学者は水素エンジンからの有害な汚染を削減します