Şehrin Temiz Havası için Dinamik Konvertör
Fotoğraf : Bir arabanın katalitik konvertörü, toksik karbonmonoksiti (CO) seryum (Ce), oksijen (O) ve platin (Pt) ile toksik olmayan karbondioksite (CO) dönüştürür.
Araçların kirletici emisyonları azaltmak ve katı egzoz gazı standartlarını karşılamak, katalitik konvertörler geliştirilmesindeki başlıca zorluklardır. Yeni bir konsept, egzoz gazlarının etkin bir şekilde uygulanmasına, motorların soğuk çalıştırılmasından sonra şehir trafiğinde ve pahalı soy metalin tüketimini azaltılmasına yardımcı olabilir. Araştırmacılar “Angewandte Chemie (uygulamalı kimya) gazetesinde motorun çalışma modundaki kısa vadeli değişiklik ile platin ve seryumoksit taşıyıcısı arasındaki etkileşime dayanan katalitik aktivite kontrolü raporunu yayınlamışlardır.
İyi katalitik özelliği sayesinde platin genelde araçların katalitik konvertörlerine uygulanır. Halen Avrupa platin ticaretinin %60’ı bu amaçla kullanılmaktadır. Hidrokarbon ve karbonmonoksitin son yanmasında yer alan dizel oksidasyon katalizörü (DOC) kullanarak Karlsruhe Teknoloji Enstitüsü (KIT) bilim adamları ve ortakları, çalışma boyunca parça boyutunu ve oksidasyon durumunu özel olarak modifiye edilebileceğini buldu. Taşıyıcı malzeme ve soy metal arasındaki etkileşimler önemli rol oynamaktadır. Sonuçlar egzoz gazı bileşimi gibi dış etkilere karşı aşırı duyarlı tepki veren son derece dinamik bir katalitik konvertör yüzeyini göstermektedir. Araştırmacılar, katalitik konvertörleri geliştirmek için bu dinamiği kullanmanın yollarını sunmaktadır.
KIT – ITCP (Kimya Teknolojisi ve Polimer Kimyası) araştırmacısı Andreas Ganzler “Katalitik konvertör yüzeyindeki soymetal nano parçacıkların boyutlarını ve durumunu ayarlayabilmemiz özel bir husustur. Bu yöntemler gerçek çalışma koşulları altında bile malzemelerin katalitik etkinliğini doğrudan ayarlayabilmemizi sağlıyor” dedi. Araştırmacılar, çalışmalarında platinin CO ve O2 oranı ve egzoz gazı sıcaklığı gibi bileşime ne kadar hassas tepki verdiğini ispat ettiler. Günümüzde motorun çalışması egzoz gazı arıtma sistemlerinde özel olarak modifiye edilmiştir. Bu yolla, egzoz gaz bileşimi partikül filtrelerin veya NOx (nitrit oksit) depolanmasında veya katalitik konvertörlerin yenilenmesinde ayarlanmaktadır. Çalışma, katalitik konvertörün etkinliğini arttırmak ve soylu metal tüketimini azaltmak için aktif platin bileşenini optimum şekilde ayarlanabileceğini gösteriyor.
Alman-Fransız ortak projesinde malzemelerin çalışma koşulları altında gözlemlenebilmesi için karmaşık yöntemler kullanıldı. ETEM (Çevresel Transmisyon Elektron Mikroskopu) ile malzemenin atom seviyesindeki yapısal değişiklikleri görselleştirdi. Fransız St. Aubin’deki SOLEIL sinkotron (manyetik ve elektrostatik elektron hızlandırıcı)’daki X-ray absorpsiyon spektroskopisi ve KIT KARA (Karlsruhe Research Accelerator) gerçek egzoz gazı şartları altındaki prosesleri incelemek için uygulanmıştır. Ganzler, gerçek koşullar altındaki bu katalitik konvertör malzemeleri gözlemlememize dayanarak bulguların çok daha hızlı bir şekilde uygulamaya geçebileceğini belirtiyor.
Elde edilen bulgular yardımıyla dizel oksidasyon katalitik konvertörlerin aktivitesi düşük sıcaklıkta arttırılabileceği sağlandı. Bilim adamları işlem sırasında gerekli olan katalitik aktivitenin bir fonksiyonu olarak platin parçacıkların boyut ve yapısını spesifik olarak ayarlamak için umut verici bir konsept türettiler. Bu konsept, yanma motorlarının soğuk başlatılmasından sonra ve şehir trafiğinde sürüş sırasındaki katalitik performansı önemli ölçüde iyileştirmek için kullanılır. Ganzler, “soy metal nano parçacıkların yapısı kısa vadeli değişikliklerden etkilenebilir” dedi.
Bulgulara dayanarak soy metal konsantrasyonu %50 düşürülerek mevcut olan ve gelecekteki yeni katalitik konvertör çeşitleri geliştirilebilir ve ekonomik verimliliği arttırılabilir. ITCP profesörü Jan-Dierk Grunwaldt tarafından “Katalitik konvertör araştırmasında büyük öneme sahip olduğu düşünülen çalışma” uzmanların büyük ilgisini çekti. Çalışma, Deufrako Alman-Fransız ortak araştırmasının bir parçası olan “ORCA oksidasyon/azaltma katalitik dönüştürücü, sonraki nesil dizel araçlar” projesi kapsamında gerçekleştirildi. Proje, Federal Ekonomik İşler VE Enerji Bakanlığı tarafından 960000 Euro ile finanse edilmektedir. Ortak projede KIT’in yanısıra IRCELYON, Tu Darmstadt, Solvay Company ve Hanav’daki bir malzeme teknolojisi ve geri dönüşüm şirketi olan Umicore AG&Co.KG yer almaktadır.
Kaynak : sciencedaily.com
