Чистый дизель: еще один рывок!

Статья группы авторов из компании «Nanostellar» в августовском номере за 2012 г. в солидном американском научном журнале «Science» привлекла поначалу внимание только специалистов. Однако уже вскоре о ней заговорили как о важнейшем технологическом открытии, способным существенно продвинуться на пути к экологически чистым двигателям. Причем речь идет в данном случае о дизельных моторах.

Как известно, дизельные двигатели выгодно отличаются от бензиновых экономичностью потребления топлива. Но у него есть свой порок: если бензиновые моторы обильно выделяют углекислый газ (СО2), то дизели «специализируются» на окисях азота – оксиде  NО и диоксиде NO2. Оба они относятся к третьему классу опасности, являются ядами, воздействующими на ЦНС, грозящими свертыванием гемоглобина в крови и при больших дозах способными вызвать отек легкого. Для снижения токсичности их выхлопов в нейтрализаторах и фильтровых системах двигателей используются катализаторы — католические покрытия, с помощью которых ядовитые оксиды восстанавливаются в безобидный азот и кислород. В качестве материалов для них используется платина. Это хороший реагент, да только, как нетрудно догадаться, весьма дорог. Причем, поскольку спрос на нее растет, а ресурсы ограничены, поставщики не успевают удовлетворять потребности автопроизводителей, и цены быстро растут. И в начале апреля платина стоила порядка 1540 долларов за тройскую унцию, или около 50 долларов за грамм.

Как ни парадоксально, но команда во главе с совладельцем компании «Nanostellar», профессором Техасского университета Кьенге Чо имеет договор о стратегическом партнерстве со Всемирным советом по золоту (World Gold Council ), целью которого является выведению драгметаллов на рынок катализаторов. Поэтому многие годы она занималась платиной, ища различные сферы ее применения в этом качестве. Но в реальности эти работы выразились в поиске способов сокращения ее потребления путем комбинации с другими, менее дорогостоящими реагентами. При этом ученые руководствуются собственной методологией, получившей название Relation Company Design, включающей комбинацию компьютерных моделей  и алгоритмов для экспертизы веществ из нано-материалов с передовой синтетической химией. Эксперты оценивают эту методику как революционную — в том смысле, что она в отличие от эмпирической лабораторной практики проб и ошибок основывается на фундаментальном понимании каталических процессов на уровне квантовой химии. Она то и позволило им выйти на малоизвестный материал – муллит.

Муллит принадлежит к числу силикатных материалов, на 72% состоящий из оксида алюминия и на 28% оксида кремния. Обнаружен в 1924 г. на шотландском о-ве Мулл (отсюда название). Он крайне редко встречается в природе в натуральном виде, однако уже давно освоено промышленное его производство в синтезированном виде. Температура плавления муллита составляет 1840 градусов Цельсия, поэтому он применяется в производстве огнеупорных керамических изделий-тиглов, плитки, кирпичей. Плавленые изделия обычно состоят из коротковолокнистого муллита (70—80%) с примесью корунда (до 10—15%) и стекловидного вещества.

По словам одного из разработчиков Хао Вана, преимущество нового катализатора не только в его относительной дешевизне, но и в том, что он становится активным уже при температуре 120 град, в то время как платину нужно разогреть до 750 град. Но самое важное, что при этом он на 45% эффективней платины. Недаром такое резкое снижение выбросов в ученом сообществе было объявлено как «революционное» событие в борьбе за чистоту окружающей среды.

Новый катализатор получил название «Noxicat» и под этим товарным знаком готовится к промышленному внедрению. С того времени, как результаты исследования были опубликованы, команда корейца Кьенге Чо уже изучила возможности расширения сферы применения нового катализатора: наряду с автомобилями и другими транспортными средствами, он может использоваться и в энергетике – в производстве электричества посредством химических реакций.

Попутно стоит заметить, что рынок катализаторов автомобильного назначения ныне является одним из наиболее быстро растущих и оценивается в  5 -7 млрд. USD. Сегодня в мире их производится порядка 100 млн., а рост по самым консервативным оценкам – по 30-40% в год.

«Nanostellar» расположена в Силиконовой долине близ городка Редвуд (Калифорния). Основана в 2004 учеными из Стэндфордского университета и «NASA Amer Research Center». Это венчурная компания, пользующаяся финансовой поддержкой различных фондов и компаний, в том числе национального научного фонда Южной Кореи. В 2008 Всемирный экономический форум признал ее Пионером технологий. Это звание дается компаниям за инновации, способные оказать критическое влияние на будущее бизнеса и общества. В одном из своих релизов компания обещает повысить эффективность дизельных двигателей к 2014 г. минимум на 25% по отношению к норме «Евро-6», которая вступит в силу в том году.