科學(xué)家研制新催化凈化器 清潔柴油機(jī)或不再昂貴
與汽油發(fā)動(dòng)機(jī)相比，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)只需要較少的燃料并釋放出較少的二氧化碳，但是它們?cè)诿绹?guó)卻非常罕見(jiàn)，這部分緣于此種發(fā)動(dòng)機(jī)總是無(wú)法達(dá)到美國(guó)規(guī)定的產(chǎn)生煙氣污染物的排放量標(biāo)準(zhǔn)。如今，科學(xué)家研制出了一種新型的催化式排氣凈化器，從而使得柴油發(fā)動(dòng)機(jī)能夠滿足上述條件，而無(wú)需花費(fèi)太多。
據(jù)美國(guó)《科學(xué)》雜志在線新聞報(bào)道，早期的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)噴出大量的煙霧。為了解決這一問(wèn)題，工程師設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)能夠吸進(jìn)比燃燒燃料所需還要多的空氣。但這樣便會(huì)產(chǎn)生一個(gè)副作用：排氣管中剩余的氧氣使得這種發(fā)動(dòng)機(jī)很難去除能夠形成煙霧的氮氧化物。為了找到從柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管中去除氮氧化物的方法，科學(xué)家們可謂絞盡了腦汁。
一種解決辦法就是在催化式排氣凈化器中添加某種金屬，例如鋇。鋇可以與氮氧化物反應(yīng)而生成硝酸鋇，后者可以在不影響性能的前提下很容易地從發(fā)動(dòng)機(jī)中被去除掉。然而這種基于鋇的反應(yīng)僅僅與一種氮氧化物起作用。如果想要去除其他的氮氧化物還需要用鉑進(jìn)行催化，從而使一氧化氮氧化為二氧化氮，最終再由鋇將其去除。遺憾的是，鉑卻是這顆星球上最貴重的金屬之一。這便是為什么與它的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)“兄弟”相比，清潔柴油發(fā)動(dòng)機(jī)要更為昂貴的一個(gè)重要原因。
如今黑馬出現(xiàn)了。一種名為鈣鈦礦的廉價(jià)金屬氧化物可以取代鉑，但它通常沒(méi)有鉑的效率高，并且遇到柴油中的硫便容易失效。盡管硫可以通過(guò)將催化式排氣凈化器加熱至700多攝氏度的方法加以去除，但這種做法同時(shí)也會(huì)令鈣鈦礦分解。
在這項(xiàng)新的研究中，美國(guó)密歇根州沃倫市通用汽車(chē)全球研發(fā)中心的化學(xué)工程師李偉(音譯)和同事成功開(kāi)發(fā)了一種混合物，這種混合物由鈀——比鉑便宜70%——和包含有鑭、鍶和錳的鈣鈦礦構(gòu)成。當(dāng)一臺(tái)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)處于巡航溫度下時(shí)，這種混合物至少可以像傳統(tǒng)的鉑催化劑一樣去除污染物(但是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻后，它的作用就很小了)。更棒的是，這種混合物在清除硫的溫度下依然可以在排氣系統(tǒng)中工作。研究人員在最近出版的美國(guó)《科學(xué)》雜志上報(bào)告了這一研究成果。
在過(guò)去的一年中，研究小組一直在持續(xù)研制和改進(jìn)他們的催化式排氣凈化器設(shè)計(jì)，并且正打算將其在樣車(chē)上進(jìn)行試驗(yàn)。李偉表示：“目前的最大挑戰(zhàn)是設(shè)法改善這種混合物在低溫下的表現(xiàn)。”
捷克共和國(guó)布拉格市化學(xué)技術(shù)研究所的化學(xué)工程師Jan Stepanek預(yù)測(cè)了另一潛在的問(wèn)題。他說(shuō)：“眾所周知，由于汽車(chē)催化物的降解，道路附近貴金屬的濃度將是可觀的。”打個(gè)比方，目前之所以沒(méi)有出現(xiàn)環(huán)境或健康問(wèn)題是緣于鉑是非常穩(wěn)定的。但是研究小組的新設(shè)計(jì)中包含有鍶，而鍶被認(rèn)為會(huì)阻礙青少年的發(fā)育。Stepanek表示，如果鍶從一部老化的催化式排氣凈化器中釋放出來(lái)，那將更加危險(xiǎn)。
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