Ученые нашли вещество, очищающее выхлопы дизельных двигателей

Инженеры компании, учрежденной совместно с Техасским Университетом в Далласе, обнаружили вещество, способное снизить уровень загрязнений, производимых работающими на дизельном топливе транспортными средствами.

Вещество из семейства минералов под названием оксиды способно заменить платину – редкий и дорогостоящий металл, используемый сегодня в дизельных двигателях для контроля количества вредных выбросов в атмосферу.

В исследовании, опубликованном на прошлой неделе в журнале «Science», говорится о том, что при использовании искусственного оксида муллита вместо платины уровень загрязнений снижается на 45%.

«Для многих приборов, работающих с уровнем загрязнений и возобновляемыми источниками энергии, необходимы драгоценные металлы, количество которых ограничено – в мире нет столько платины, чтобы оборудовать миллионы и миллионы автомобилей», - заявляет доктор Кионджей  Чо, профессор материаловедения, инженерии и физики Техасского университета в Далласе и главный автор исследования.

«Муллит не только более доступен, чем платина, но и эффективнее снижает уровень загрязнений от дизельных двигателей».

Для тех, кто заботится об окружающей среде, дизельные двигатели предпочтительнее бензиновых в силу их более высокой топливной экономичности; однако, с другой стороны, дизельные двигатели, по сравнению с бензиновыми, производят больше оксида азота (NO) и диоксида азота (NO2), известных как окиси азота.

В июне Всемирная организация здравоохранения признала выхлопные газы дизельных двигателей онкогенными для человека, тем самым поставив их в один ряд с сигаретным дымом и асбестом. Многие страны подписали соглашения о снижении загрязнения воздуха дизельными двигателями в течение следующего десятилетия.

Платина, в силу дороговизны ее добычи и ограниченного количества запасов, считается драгоценным металлом. Согласно подсчетам, из 10 тонн добытой платиновой руды вырабатывается лишь около 30 грамм полезной платины.

В 2003 году профессор Чо стал соучредителем и ведущим ученым в «Nanostellar» - компании, созданной для поиска катализаторов, способных заменить платину в целях снижения выхлопов дизельных двигателей (угарного газа и окисей азота). 

Его компания разработала и производит катализатор из сплава платины и золота, что является хорошей альтернативой чистой платине, но разработать катализатор из более дешевых материалов до экспериментов с муллитом не удавалось.

Кионджей Чо, будучи также приглашенным профессором в Сеульском Национальном университете в Южной Корее, вместе с командой ученых предположили, что основанная на кислороде смесь муллита, встречающаяся на берегах острова Малл в Шотландии, может стать подходящей альтернативой платине.

Ученые синтезировали муллит и использовали возможности компьютерного моделирования для анализа того, как разные формы минерала взаимодействуют с кислородом и окисями азота.  После того, как компьютерное моделирование подтвердило эффективность поглощения муллитом окисей азота, ученые заменили платину оксидным катализатором в экспериментах с дизельным двигателем.

«Наша цель - полный уход от ценных металлов и их замена на оксиды, часто встречающиеся в природе, - достигнута, - заявил Чо. - Мы обнаружили новые возможности создания обновляемой, чистой технологии выработки энергии путем производства новых функциональных материалов без ограничения скудными запасами ценных металлов».

Альтернативный материал – муллит – изготавливается и продается под маркой «Noxicat». Доктор Чо и его коллеги планируют искать другие области применения муллита, например, в топливных элементах.

Доктор Вейчао Ванг, получивший степень доктора философии в области материаловедения и инженерии в 2011 году под руководством доктора Чо на факультете инженерии и компьютерных наук им. Эрика Джонсона в Техасском университете в Далласе, был ведущим автором исследования. В работу были вовлечены также ученые из университета Кентукки и Научно-технического университета в городе Хуачжонг в Китае.

Исследование проводилось при поддержке техасского вычислительного центра «TexasAdvancedComputingCenter», компании «Nanostellar» и Национальной исследовательской организации Южной Кореи.

EnergyDaily, перевод с английского – Наталья Пристром