Le brouillard se dissipe sur la conception des catalyseurs d'échappement des voitures
Une étude systématique résout le débat sur la meilleure combinaison de métaux pour le nettoyage catalytique des NOx dans les émissions des véhicules.
Les produits chimiques générateurs de smog pourraient être pratiquement éliminés des tuyaux d'échappement des voitures et des camionnettes diesel, grâce à un nouveau concept de catalyseur d'échappement mis au point à KAUST. Après avoir étudié systématiquement plusieurs compositions de catalyseurs, l'équipe de recherche a identifié la recette atomique idéale pour éliminer catalytiquement les NOx des émissions des véhicules. Ces résultats résolvent un débat en cours sur les atomes additifs dans le mélange catalytique.
Les résultats récents d'une étude systématique révèlent la combinaison optimale de métaux pour stimuler l'élimination catalytique des NOx des gaz d'échappement des moteurs diesel.
© 2022 KAUST; Ella Maru Studio
Les récents développements dans la conception de moteurs à haut rendement, ainsi que le renforcement des réglementations sur les émissions des véhicules, exigent des catalyseurs d'échappement améliorés. Les catalyseurs de NOx de la génération actuelle pour les petits moteurs diesel fonctionnent de manière optimale au-dessus de 200 degrés Celsius. Des catalyseurs fonctionnant à des températures plus basses sont désormais nécessaires. Ces catalyseurs doivent pouvoir éliminer rapidement les NOx après un démarrage à froid et s'associer aux nouveaux moteurs à combustion à basse température.
Pour mettre au point une nouvelle génération de catalyseurs améliorés pour les NOx, la société Umicore, spécialisée dans le contrôle des émissions automobiles, s'est associée à une équipe de recherche du KAUST Catalysis Center, dirigée par Javier Ruiz-Martínez, afin d'optimiser la conception du catalyseur.
"Nous avons étudié les matériaux à base de manganèse en raison de leurs bonnes performances et de leur faible coût", explique M. Ruiz-Martínez. Les catalyseurs de NOx à base de manganèse ont généralement utilisé du cérium comme dopant, même s'il n'y avait pas de consensus sur le rôle du cérium dans l'élimination des NOx. "La meilleure façon de développer de nouveaux catalyseurs est d'abord de comprendre comment ces matériaux fonctionnent", explique M. Ruiz-Martínez. L'équipe a donc produit une série de catalyseurs, incorporant des quantités variables de cérium, pour trancher le débat.
L'équipe a d'abord établi des méthodes pour produire chaque catalyseur avec une nanostructure homogène afin de pouvoir les comparer. "Après nous être assurés que les matériaux catalytiques étaient conformes à notre conception, nous avons cherché des corrélations entre l'activité catalytique et la quantité de cérium et de manganèse", explique M. Ruiz-Martínez. Après avoir pris en compte les différences de surface du catalyseur, l'équipe a montré que la présence de cérium réduisait l'activité catalytique des atomes de manganèse.
Dans des études précédentes où le cérium semblait stimuler l'élimination catalytique des NOx, l'effet positif apparent du cérium disparaissait une fois que l'équipe avait pris en compte son impact sur la surface du catalyseur. Cependant, le cérium a eu un avantage : la suppression d'une réaction secondaire indésirable produisant de l'O. Comme la formation de N2O nécessite probablement la participation de deux sites de manganèse voisins, l'ajout de cérium peut diluer le nombre de sites de manganèse de surface et ainsi supprimer la réaction.
"Nos résultats montrent que la conception de matériaux catalytiques plus actifs nécessite la maximisation des atomes de manganèse sur la surface du catalyseur et que ces atomes de manganèse soient espacés de façon atomique pour éviter la formation de N2O", explique Ruiz-Martínez. "Nous concevons actuellement des catalyseurs exposant du manganèse dispersé de manière atomique sur la surface, et les résultats sont extrêmement prometteurs."
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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