Цель исследований
Учёные из Национальной лаборатории Тихоокеанского северо-запада (PNNL) помогают снизить зависимость страны от критически важных минералов и повысить энергоэффективность за счёт улучшения характеристик и долговечности катализаторов в различных отраслях промышленности.
Роль катализаторов
Катализаторы — это материалы, которые инициируют или ускоряют химические реакции при более низких температурах. Они часто используют материалы, которые входят в список критически важных минералов страны и подвержены сбоям в цепочке поставок.
Подход PNNL
Исследователи PNNL используют свои знания в области химии мирового уровня и уникальное оборудование для поиска решений в области катализа. Анализируя катализаторы новыми способами, они могут понять, как ведут себя активные критически важные минералы катализатора, что вызывает их деградацию и как их можно улучшить.
Фокус исследований
Одним из направлений их исследований является совершенствование каталитических конвертеров для тяжёлой техники вне дорог, такой как сельскохозяйственная и строительная техника. Учёные внедряют инновации, которые снизят затраты на катализаторы за счёт продления срока их службы и оптимизации использования дорогостоящих и дефицитных критически важных минералов.
Применение исследований
Исследования PNNL, связанные с каталитическими конвертерами, применимы к бензиновым и дизельным двигателям внутреннего сгорания, а также к двигателям, работающим на альтернативных видах топлива, таких как водород, метанол и биотопливо, в поддержку диверсификации внутреннего энергоснабжения.
Взаимодействие с промышленностью
PNNL сотрудничает с промышленными партнёрами и университетами, включая Университет штата Вашингтон. Учёные изучают взаимодействие между горячими выхлопными газами двигателя и церием, ключевым компонентом катализаторов, который накапливает кислород и поддерживает химические реакции.
Результаты экспериментов
В контролируемых экспериментах исследователи искусственно состарили катализаторы на основе церия. Они использовали более реалистичные горячие выхлопные газы вместо пара. Применяя свой набор передовых аналитических инструментов и методов, они впервые увидели, как предварительная обработка катализатора выхлопными газами приводит к образованию тонких наноразмерных кластеров оксида церия толщиной примерно в один атомный слой. Эти кластеры покрывают поверхность катализатора, увеличивая количество активных каталитических участков церия, доступных для выхлопных газов, тем самым улучшая производительность катализатора.
Перспективы
PNNL продолжит совершенствовать конструкцию катализаторов и позволит использовать альтернативные виды топлива. Сотрудничая с крупными производителями двигателей и оборудования, такими как Cummins и John Deere, и поставщиками катализаторов, такими как BASF и Johnson Matthey, PNNL информирует коммерческое производство и производство катализаторов. В основе всего этого лежит мастерство PNNL в области катализа, которое помогает внедрять инновации, отвечающие потребностям промышленности и конечных пользователей, при одновременном снижении зависимости от критически важных материалов и снижении затрат для потребителей.