Nieuwe katalysator zuivert ook koude uitlaatgassen, en vergt minder platina

De uitlaatgassen van moderne auto’s zijn vooral rond de koude start nog vervuild. Met een warme motor werkt de katalysator uitstekend, maar vlak na de start zijn de gassen nog te koud om de katalysator te activeren, waardoor de vervuiling er amper uit wordt gefilterd. Onderzoekers van onder meer de TU Eindhoven en Washington State University hebben nu een katalysatormateriaal ontwikkeld, dat al onder de honderd graden vrijwel alle koolmonoxide omzet. Als bonus is er veel minder van het zeldzame materiaal platina nodig. De resultaten zijn gepubliceerd in het wetenschappelijk tijdschrift Nature Communications.

Auto’s worden steeds zuiniger, en autokatalysatoren steeds beter. Maar het afgenomen brandstofverbruik heeft, paradoxaal genoeg, gezorgd voor slechter presterende katalysatoren. Het lagere verbruik zorgt er namelijk voor dat uitlaatgassen een lagere temperatuur hebben. En dat is net het laatste zwakke punt van autokatalysatoren: ze doen het slecht bij lage temperaturen. Daarom wordt er hard gezocht naar een oplossing. Het Department of Energy in de VS heeft als doel gesteld dat de katalysator uitlaatgassen van 150 graden al schoon kan maken.

Autokatalysatoren bestaan hoofdzakelijk uit een ondergrond van het materiaal ceria, met daarop het actieve materiaal, platina. Onderzoekers lijken er nu in geslaagd te zijn daar het uiterste uit te persen, door een eigen procedé om het platina aan te brengen. Eerst leggen ze bij 800 graden individuele atomen platina stevig in het ceria. Daarna volgt een tweede behandeling bij 275 graden, waardoor de platina-atomen zich deels herschikken tot nanodeeltjes.

Dit geheel, van ceria met daarin platina-atomen, en daarop platina-nanodeeltjes, blijkt in staat onder de 100 graden al de belangrijkste vervuiling (CO, koolmonoxide) geheel om te zetten naar het relatief ongevaarlijke CO2. Een cruciale eigenschap van het nieuwe katalysatormateriaal is dat het makkelijk zuurstof ‘vrijspeelt’ die nodig is om van CO naar CO2 te gaan. Bovendien is, door het gebruik van individuele platina-atomen, veel minder platina nodig dan in de huidige autokatalysatoren. Dat is gunstig, want platina en aanverwante edelmetalen zijn extreem zeldzaam en duur.
Interesse van partijen

Katalysehoogleraar Emiel Hensen, die het onderzoek aan de TU Eindhoven leidde, is voorzichtig optimistisch over de snelheid waarmee deze vinding zijn weg zal vinden naar auto’s in de showroom. “We werken samen met katalysatorproducenten en die pikken ideeën meestal snel op. Gezien de urgentie volgen ze ons onderzoek nauwgezet. Er hebben al een paar partijen interesse getoond om met ons hier aan te werken.”

Een centrale rol in het onderzoek was weggelegd voor een nieuw meetinstrument op de TU Eindhoven: een hypermoderne foto-elektron-spectrometer. Uniek aan het apparaat is dat het röntgen en UV foto-elektron-spectra kan meten zonder dat een extreem vacuüm nodig is; er kan ook gemeten worden bij hogere drukken. Dat maakt de resultaten naar verwachting makkelijker te vertalen naar de praktijk, doordat de lab-condities niet extreem anders zijn dan de praktijkcondities.


Foto: Bart van Overbeeke