Küszöbön a katalizátorok forradalma
A belső égésű motorok katalizátorai jó esetben akár egy évtizednél is jóval tovább megőrizhetik funkcionalitásukat. Ez persze nem jelenti azt, hogy soha nem kell cserélnünk őket.
Az Ohio Állami Egyetem munkatársai által publikált friss tanulmány szerint a jelenlegi állapot közel sem a technológia csúcsa. Cseng-Han Li, a tanulmány vezető kutatója amondó, hogy a jövő katalizátorai kevesebb energia- és anyagbefektetéssel jelentősen tovább életben tarthatók aktuális társaiknál.
A katalitikus átalakítók számos fajtája ismert, rengeteg féle anyag felhasználásával. Egy dolog viszont közös bennük: drága az előállításuk.
A leggyakoribb esetben a ródiumot, a palládiumot és a platinát emlegetjük – nem véletlenül. Ugyanis a gyakoriságuk mellett az áruk emelkedése is figyelemreméltó, különös tekintettel a ródiumra. Az esetek jelentős részében ezek az anyagok jelentik a vonzerőt a katalizátortolvajok számára.
Jelenleg ott tartunk, hogy a ródium egységnyi tömege – általános értelemben – az aranynál és a fent említett társainál is értékesebb.
„Hosszabb életciklust szeretnénk elérni a katalizátoroknál. Ezeket az elemeket cserélni kell, ha már nem teljesíthetők velük az emissziós normák” – mondta Cseng-Han Li, az Ohio Állami Egyetem doktorandusza. „A növekvő igényeknek és az egyre szűkösebb erőforrásoknak köszönhetően a ródium ára drámaian megnőtt az elmúlt években.”
Ez a gyakorlatban annyit jelent, hogy már gyártani eleve drága őket, cserélni pedig átlagosan kétszer annyiba kerül a korábbi viszonyokhoz képest.
Adott tehát a feladat: legalább egyenértékű katalitikus teljesítményt kellene kihozni kevesebb anyagfelhasználásból.
A tanulmány elsősorban arra tér ki, hogy minek köszönhető a katalizátorok fokozatos elfáradása. A megfigyelések azt támasztották alá, hogy a deaktiválás mértéke magas hőmérsékleten intenzívebb. Ennek fényében a kísérletek során állandó magas hőmérsékleti tartományban üzemeltették az átalakítókat (1600 Fahrenheit, azaz 871,11 °C fölött), hogy megfigyeljék a katalizátorra gyakorolt hatást. Az igazsághoz hozzátartozik, hogy ezt a tartományt egy normál közúti átalakító ritkán éri el, tehát mindenképp extrém igénybevételnek számít.
„Azzal, hogy a teszek közben megfigyelhetjük a katalizátorok mikroszerkezetét, képesek vagyunk detektálni a kapcsolatot a magas hőmérséklet, az átalakító teljesítménye és mikrostruktúrája között” – folytatta Cseng-Han Li.
A katalizátorok működéséhez stabilizátorokra van szükség. Ezek rendszerint az alumínium-oxid és a cérium-cirkónium-oxid. Ha kellő hőt közlünk a szerkezettel, akkor a ródium oldódása következik be, és ródium-alumináttá alakul át.
Ez azért jelent problémát, mert a létrejött vegyület katalitikus értelemben inaktív, azaz haszontalan a katalizátor számára. Azaz a működőképes ródium egy idő után elfogy. Hidrogén segítségével ez a folyamat részben reverzibilissé válik, de nem elegendő az eredeti állapot visszaállításához.
Úgy tűnik, a tanulmány nem volt hiábavaló, ugyanis a kutatók feltárták a lehetőségét a az elnyelődő ródium reaktiválásának.
„Az eredményeink új irányt adnak az autógyártók számára, melyet követve optimalizálhatják a ródium alapú katalizátorok működését” – zárta gondolatait Li.
