Prisgunstige katalysatorer gir grønne kjøretøy et trykk


Batteridrevne elektriske kjøretøyer som gir ingen karbondioksid når de kjører, er i ferd med å bli vanlige. I dag utgjør de mindre enn 1 prosent av alt rullende materiell på veien globalt, men flere innovasjoner i funksjoner som batteriets pris og levetid har gjort prisene så konkurransedyktige at Tesla har mer enn 400.000 for

Batteridrevne elektriske kjøretøyer som gir ingen karbondioksid når de kjører, er i ferd med å bli vanlige. I dag utgjør de mindre enn 1 prosent av alt rullende materiell på veien globalt, men flere innovasjoner i funksjoner som batteriets pris og levetid har gjort prisene så konkurransedyktige at Tesla har mer enn 400.000 forhåndsordrer for sin $ 35.000 modell 3, som er slated å treffe veien midt i 2018.

Dessverre forblir det andre store håpet på biler som ikke bruker karbon, de som drives av hydrogenfôrede brenselceller, for dyrt for bredt salg. (Produsentens anbefalte utsalgspris for Toyota Mirai er $ 57 500.) En rekke laboratorier og bedrifter er imidlertid fast bestemt på å kutte kostnader ved å bytte ut en av de dyreste komponentene i brenselcellene: katalysatoren. Mange kommersielle katalysatorer for brenselceller inneholder platina av edelt metall som, bortsett fra å være dyrt, er for sjeldent til å understøtte allestedsnærværende bruk i kjøretøy.

Undersøkere forfølger flere angrepsslag for å krympe platininnholdet: bruke det mer effektivt, erstatte noe eller alt med palladium (som utfører tilsvarende og er noe billigere), erstatter en av disse edle metaller med billige metaller, for eksempel nikkel eller kobber, og foregående metaller helt og holdent. Kommersielle katalysatorer har en tendens til å bestå av tynne lag platina nanopartikler avsatt på en karbonfilm; Forskerne tester også alternative underlag.

Stanislaus S. Wong fra Stony Brook University, som jobber tett med Radoslav R. Adzic fra Brookhaven National Laboratory, er blant de som leder avgiften. Han og hans kolleger har for eksempel kombinert relativt små mengder platina eller palladium med billigere metaller som jern, nikkel eller kobber, og produserer mange legerte varianter som er langt mer aktive enn kommersielle katalysatorer. Wongs gruppe har formet metallene til ultratynne endimensjonale nanotråder (omtrent to nanometer i diameter). Disse nanotrådene har et høyt forhold mellom overflaten og volumet, noe som forbedrer antallet aktive steder for katalytiske reaksjoner.

Naturligvis ville platinfrie katalysatorer være ideelle. Arbeide med dem er nyere, men travle også. I slutten av 2016 rapporterte Sang Hoon Joo fra Ulsan Nasjonalt institutt for vitenskap og teknologi (UNIST) i Sør-Korea at en jern- og nitrogen-dopet karbonnanorørkatalysator har aktivitet som kan sammenlignes med kommersielle katalysatorer. Også, Liming Dai i Case Western Reserve University og hans kolleger har oppfunnet en katalysator som ikke bruker noe metall i det hele tatt; Det er et nitrogen- og fosfordopet karbonskum som er så aktivt som standardkatalysatorer.

Oppfinne og forberede et materiale som har utmerket katalytisk aktivitet er bare en del av utfordringen, Wong notater. Forskere jobber også med å oppgradere eksisterende laboratorieproduksjonsmetoder for å sikre konsistens i aktiviteten og holdbarheten til de beste kandidatene. I alle faser av deres innsats får eksperimentalister hjelp fra teoretikere som bruker sofistikerte datamodeller for å finne ut hvordan alle slags variabler påvirker ytelsen - fra kjemiske komposisjoner, størrelser og former av metall nanopartikler til detaljerte arkitekturer av støttestrukturene. Slike samarbeid, sier Wong, skal en dag gjøre det mulig å rasjonelt utforme overlegne katalysatorer for rimelige brenselcellebiler.

Målet med et bærekraftig transportsystem krever selvfølgelig ikke bare null karbonutslipp under kjøring, men også under produksjon og distribusjon av drivstoffet, det være seg elektrisitet eller hydrogen. Den større utfordringen forblir.

Hva har en ubåt, en rakett og en fotball til felles?Storms kan øke hastigheten på ozonet over USADel 8: Håndtering av Habitat DestructionEr naturgass mer klimavennlig?  Forskere kart Tusenvis av lekkasjer i Washington, DCStamcellebehandling for hjertesvikt får en Gull-Standard-prøveTviler Cloud Claims of Metallic HydrogenMenneskelig overbefolkning: Fortsatt et problem av bekymring?Batter Up: Shattering Sticks Opprett fare i MLB Ballparks