Động cơ đốt trong đốt hydro mang lại triển vọng lớn trong cuộc chiến chống biến đổi khí hậu vì chúng mạnh mẽ mà không thải ra bất kỳ carbon nào làm nóng trái đất. Chúng có thể cung cấp năng lượng cho xe tải và xe buýt hạng nặng và phù hợp với thiết bị nông nghiệp và địa hình cũng như máy phát điện dự phòng, cung cấp các giải pháp thay thế sạch hơn cho động cơ diesel.
Ảnh hưởng của việc trộn vật lý Pt/TiO 2 với zeolit Y lên hiệu suất của H 2 -SCR. a Chuyển đổi NO x và ( b ) Độ chọn lọc N 2 trong phản ứng H 2 -SCR; c Chuyển đổi chọn lọc NO ( tức là NO phản ứng với H 2 hoặc O 2 ) trong phản ứng H 2 -SCR trên chất xúc tác Pt/TiO 2 và Pt/TiO 2 + Y (xem phần Phương pháp để biết tính toán chi tiết); d Tương quan giữa độ chọn lọc N 2 và độ chuyển đổi NO x trong phản ứng H 2 -SCR trên chất xúc tác Pt/TiO 2 , Pt/TiO 2 + TiO 2 và Pt/TiO 2 + Y. Điều kiện phản ứng: 26 mg chất xúc tác Pt/TiO 2 hoặc hỗn hợp vật lý chứa 26 mg Pt/TiO 2 và 26 mg Y hoặc TiO 2 ; thử nghiệm trạng thái ổn định; 500 ppm NO, 1% H 2 , 10% O 2 , 5% CO 2 và 5% H 2 O; vận tốc không gian theo trọng lượng mỗi giờ (WHSV) = 461.540 mL·g Pt/TiO2 –1 ·h –1 . Tín dụng: Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-52382-7
Tuy nhiên, chúng không hoàn toàn sạch. Chúng thải ra nitơ oxit trong quá trình đốt cháy ở nhiệt độ cao. Nitơ oxit phản ứng với các hợp chất khác trong khí quyển để tạo thành ôzôn có hại và các hạt vật chất mịn, làm trầm trọng thêm tình trạng phổi của chúng ta và dẫn đến các vấn đề sức khỏe lâu dài.
May mắn thay, các nhà khoa học tại UC Riverside đã khám phá ra một phương pháp chi phí thấp để giảm đáng kể lượng ô nhiễm này từ động cơ hydro bằng cách cải thiện hiệu quả của bộ chuyển đổi xúc tác.
Theo báo cáo trên tạp chí Nature Communications , các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng việc truyền bạch kim vào bộ chuyển đổi xúc tác bằng một vật liệu có độ xốp cao gọi là zeolit Y sẽ tăng cường đáng kể phản ứng giữa oxit nitơ và hydro, chuyển đổi chúng thành khí nitơ vô hại và hơi nước.
Nghiên cứu cho thấy so với bộ chuyển đổi xúc tác không có zeolit, lượng oxit nitơ chuyển đổi thành các chất vô hại tăng gấp bốn đến năm lần ở nhiệt độ động cơ là 250 độ C. Hệ thống này đặc biệt hiệu quả ở nhiệt độ thấp hơn, điều này rất quan trọng để giảm ô nhiễm khi động cơ mới khởi động và vẫn còn tương đối mát.
Hơn nữa, công nghệ này cũng có thể giảm ô nhiễm từ động cơ diesel được trang bị hệ thống phun hydro, Fudong Liu, tác giả liên hệ và phó giáo sư kỹ thuật hóa học và môi trường tại Cao đẳng Kỹ thuật Bourns của UCR giải thích. Việc phun hydro sẽ tương tự như các hệ thống phun được sử dụng trong các hệ thống khử xúc tác chọn lọc cho xe tải diesel lớn.
Zeolit là vật liệu giá rẻ có cấu trúc tinh thể được xác định rõ ràng chủ yếu bao gồm các nguyên tử silic, nhôm và oxy. Diện tích bề mặt lớn và cấu trúc ba chiều, giống như lồng với các lỗ rỗng và kênh đồng nhất cho phép phân hủy chất ô nhiễm hiệu quả hơn.
Bằng cách trộn vật lý platinum với zeolit Y—một loại tổng hợp từ họ hợp chất zeolit rộng hơn—các nhà nghiên cứu đã tạo ra một hệ thống có hiệu quả thu giữ nước được tạo ra trong quá trình đốt cháy hydro. Môi trường giàu nước này thúc đẩy hoạt hóa hydro, đây là chìa khóa để cải thiện hiệu quả khử nitơ.
Shaohua Xie, một nhà khoa học nghiên cứu tại UCR và là tác giả chính của nghiên cứu, giải thích rằng bản thân zeolit không phải là chất xúc tác. Thay vào đó, nó tăng cường hiệu quả của chất xúc tác bạch kim bằng cách tạo ra môi trường giàu nước. Liping Liu, một nghiên cứu sinh tiến sĩ, và Hongliang Xin, phó giáo sư tại Virginia Tech, đã xác nhận thêm khái niệm này thông qua mô hình lý thuyết của hệ thống chất xúc tác mới.
"Khái niệm này cũng có thể áp dụng cho các loại zeolit khác", Xie nói thêm. "Đó là một chiến lược chung".
Ông Liu nhấn mạnh rằng phương pháp giảm ô nhiễm tương đối đơn giản.
"Chúng tôi không cần sử dụng các quá trình hóa học hoặc vật lý phức tạp khác", Liu cho biết. "Chúng tôi chỉ cần trộn hai vật liệu—platin và zeolit—với nhau, chạy phản ứng, và sau đó chúng tôi thấy sự cải thiện về hoạt động và tính chọn lọc".
Liu, Xie và Kailong Ye của UCR đã trộn bột platin và zeolit Y và cung cấp cho nhà khoa học cộng tác, Yuejin Li tại BASF Environmental Catalyst and Metal Solutions (ECMS) ở Iselin, New Jersey. Bột được tạo thành hỗn hợp lỏng đặc với các hợp chất liên kết và được áp dụng cho các cấu trúc tổ ong bên trong bộ chuyển đổi xúc tác nguyên mẫu. Các nhà khoa học từ National Synchrotron Light Source II, hay NSLS-II, Phòng thí nghiệm quốc gia Brookhaven ở Upton, New York, cũng là cộng tác viên.
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
