Les moteurs à combustion interne à hydrogène sont très prometteurs dans la lutte contre le changement climatique, car ils sont puissants sans émettre de carbone susceptible de réchauffer la planète.
Ils peuvent alimenter des camions et des bus lourds et conviennent aux équipements tout-terrain et agricoles ainsi qu’aux générateurs d’énergie de secours, offrant ainsi des alternatives plus propres aux moteurs diesel.
Pourtant, ils ne sont pas entièrement propres. Ils émettent des oxydes d’azote lors du processus de combustion à haute température. Les oxydes d’azote réagissent avec d’autres composés présents dans l’atmosphère pour former de l’ozone nocif et des particules fines, qui aggravent nos poumons et entraînent des problèmes de santé à long terme.
Heureusement, les scientifiques de l’UC Riverside ont découvert une méthode peu coûteuse pour réduire considérablement cette pollution provenant des moteurs à hydrogène en améliorant l’efficacité de leurs pots catalytiques.
Comme le rapporte le journal Communications naturellesles chercheurs ont découvert que l’infusion de platine dans les convertisseurs catalytiques avec un matériau hautement poreux appelé zéolites Y améliore considérablement les réactions entre les oxydes d’azote et l’hydrogène, les convertissant en azote gazeux et en vapeur d’eau inoffensifs.
Par rapport à un pot catalytique sans zéolites, la quantité d’oxydes d’azote convertis en substances inoffensives est multipliée par quatre à cinq à une température du moteur de 250 degrés Celsius, selon l’étude. Le système s’est révélé particulièrement efficace à des températures plus basses, ce qui est crucial pour réduire la pollution lorsque les moteurs démarrent pour la première fois et sont encore relativement froids.
De plus, la technologie peut également réduire la pollution causée par les moteurs diesel équipés de systèmes d’injection d’hydrogène, a expliqué Fudong Liu, auteur correspondant et professeur agrégé de génie chimique et environnemental au Bourns College of Engineering de l’UCR. L’injection d’hydrogène serait similaire aux systèmes d’injection utilisés dans les systèmes de réduction catalytique sélective des gros camions diesel.
Les zéolites sont des matériaux peu coûteux dotés d’une structure cristalline bien définie composée principalement d’atomes de silicium, d’aluminium et d’oxygène. Leur grande surface et leur structure tridimensionnelle en forme de cage composée de pores et de canaux uniformes permettent une décomposition plus efficace des polluants.
En mélangeant physiquement du platine avec de la zéolite Y – un type synthétique de la famille plus large des composés zéolitiques – les chercheurs ont créé un système qui capture efficacement l’eau générée pendant le processus de combustion de l’hydrogène. Cet environnement riche en eau favorise l’activation de l’hydrogène, essentielle pour améliorer l’efficacité de la réduction de l’azote.
Shaohua Xie, chercheur à l’UCR et auteur principal de l’étude, a expliqué que la zéolite elle-même n’est pas un catalyseur. Au lieu de cela, il améliore l’efficacité du catalyseur au platine en créant un environnement riche en eau. Liping Liu, titulaire d’un doctorat. étudiant et Hongliang Xin, professeur agrégé à Virginia Tech, ont ensuite validé ce concept grâce à la modélisation théorique du nouveau système de catalyseur.
“Ce concept peut également s’appliquer à d’autres types de zéolites”, a ajouté Xie. “C’est une stratégie universelle.”
Liu a souligné que la méthode de réduction de la pollution est relativement simple.
“Nous n’avons pas besoin d’utiliser des procédés chimiques ou physiques compliqués”, a déclaré Liu. “Nous mélangeons simplement les deux matériaux – le platine et la zéolite – ensemble, exécutons la réaction, puis nous constatons l’amélioration de l’activité et de la sélectivité.”
Liu, Xie et Kailong Ye de l’UCR ont mélangé des poudres de platine et de zéolite Y et les ont fournies au scientifique collaborateur, Yuejin Li de BASF Environmental Catalyst and Metal Solutions, ou ECMS, à Iselin, New Jersey. La poudre a été transformée en une bouillie liquide épaisse avec des composés liants et appliquée sur les structures en nid d’abeilles à l’intérieur de prototypes de convertisseurs catalytiques. Des scientifiques du National Synchrotron Light Source II, ou NSLS-II, du Brookhaven National Laboratory à Upton, New York, ont également collaboré.
Liu et Xie s’attendent à ce que BASF, qui a financé l’étude, commercialise la technologie, qui fait l’objet d’un brevet en instance.
“Eh bien, nous sommes fiers”, a déclaré Xie. “Nous avons développé une nouvelle technologie pour contrôler les émissions d’oxydes d’azote et nous pensons que c’est une technique étonnante.”
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