Un catalizzatore di nuova concezione con un'esclusiva, le "zattere" di dimensioni atomiche fanno un lavoro migliore della tecnologia attuale per ripulire le emissioni dei motori a gas naturale.

Il lavoro, segnalato in Catalisi della natura , potrebbe rendere la tecnologia alimentata a gas naturale più pulita e più praticabile per i camion, veicoli fuoristrada e apparati propulsori. I ricercatori hanno sviluppato "zattere" catalizzatrici di ossido di palladio (Pd) tenute insieme da singoli atomi di platino. Il loro catalizzatore è efficace nel ripulire il gas naturale e consente alla reazione catalitica di essere più tollerante al vapore acqueo, riducendo la quantità di metano incombusto che verrebbe emesso.

Mentre i motori a gas naturale sono più puliti dei motori a benzina o diesel, creando circa il 25% in meno di emissioni di anidride carbonica e meno inquinamento da particolato, emettono metano incombusto perché i loro convertitori catalitici di emissione di scarico non sono efficienti alle basse temperature. Il nuovo sviluppo ha dimostrato di funzionare a velocità di reazione più elevate rispetto alla tecnologia attuale.

"I miglioramenti nell'efficienza energetica devono andare di pari passo con le tecnologie di post-trattamento, " ha detto Yong Wang, Voiland Distinguished Professor presso la Gene and Linda Voiland School of Chemical Engineering and Bioengineering della Washington State University e uno degli autori corrispondenti dell'articolo. "Attualmente, combustione da metano per generare energia non è in grado di utilizzare la tecnologia di combustione più efficiente. Quindi funziona, ma c'è spazio per ulteriori miglioramenti in tale efficienza."

Il team è stato guidato da ricercatori della WSU e dell'Università del New Mexico con numerosi collaboratori negli Stati Uniti, Unione Europea e Cina.

Sebbene non sia così ampiamente utilizzato negli Stati Uniti, i motori a gas naturale sono comunemente usati nei veicoli in tutto il mondo, soprattutto in Cina, Iran e India. Perché sono meno inquinanti dei motori diesel, sono spesso utilizzati in camion e autobus nelle aree urbane. I motori alimentati a gas naturale sono utilizzati anche nell'industria del gas per azionare migliaia di compressori che pompano gas naturale nelle case delle persone.

Però, questi veicoli alimentati a gas naturale emettono metano incombusto perché i loro convertitori catalitici delle emissioni di scarico non sono efficienti alle basse temperature. Più efficientemente funzionano i motori e più pulito bruciano, più bassa diventa la temperatura dei gas di scarico e più scarsi sono i catalizzatori nella rimozione degli inquinanti. Metano incombusto dal motore, in particolare, è un potente gas serra che è circa 25 volte peggiore dell'anidride carbonica, contribuendo al cambiamento climatico.

Per di più, uno dei sottoprodotti della combustione del metano è l'acqua, e i catalizzatori convenzionali sono "notoriamente cattivi" quando si tratta di lavorare in presenza di acqua, disse Wang. Il combustibile più pulito finisce per lavorare contro se stesso nella rimozione degli inquinanti.

Rispetto ai catalizzatori tipicamente utilizzati costituiti da nanoparticelle di ossido di Pd, le zattere sviluppate dai ricercatori forniscono una migliore tolleranza al vapore acqueo con una migliore reattività.

"Il platino fortemente legato (Pt) può servire come sito di nucleazione per atomi di metallo aggiunti, " ha detto Abhaya K. Datee, professore presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica e Biologica dell'UNM e uno degli autori corrispondenti di questo studio. "Usando atomi di Pt intrappolati, siamo stati in grado di dimostrare la formazione di zattere bidimensionali di ossido di Pt e Pd che modificano lo stato di ossidazione e la reattività della fase attiva".

"I nostri calcoli teorici hanno suggerito che la zattera non dissocia facilmente l'acqua, inibendo così l'effetto negativo dell'avvelenamento da acqua nella catalisi dell'ossidazione del metano, " disse Hua Guo, professore presso il Dipartimento di Chimica e Biologia Chimica dell'UNM.