Kemisk åldring och regenerering av NOxfällor för mager drift
- Diarienummer
- ID15-0030
- Start- och slutdatum
- 160101-201231
- Beviljat belopp
- 2 500 000 kr
- Förvaltande organisation
- Chalmers University of Technology
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Avgaser från fordon innehåller kväveoxider (NOx) och eftersom NOx ökar bildandet av smog, försurning och andningsproblem är det viktigt att minska utsläppen av kväveoxider. En metod för detta är NOx fällor för mager drift, men emellertid blir dessa katalysatorer förgiftade. Syftet med detta industridoktorandprojekt är därför att studera kemisk förgiftning och regenerering av NOx-fällor med syftet att öka hållbarheten och förbättra bränsleekonomin. Projektet kommer att börja med att undersöka den reversibla och irreversibla förgiftningen med motorbänkexperiment vid Volvo Cars. De resulterande katalysatorerna kommer att karakteriseras i detalj vid Chalmers med t.ex. flödesreaktorer, mikrokalorimetri, XRD, XPS, BET yta, och TEM-EDS. Väldefinierade modellkatalysatorer kommer att syntetiseras för att få mer information om förgiftningsmekanismen, mha experiment och kinetikmodellering. Utifrån förståelsen vi fått i projektet kommer nya materialformuleringar att undersökas och olika regenereringsstrategier utvecklas. Förväntade resultat från detta projekt är: (i) regenereringsstrategier som varierar under livstiden för katalysatorn, (ii) kraftiga regenereringsstrategier för att undersöka möjligheten att ta bort en del av de gifter som i dag betraktas som irreversibla, (iii) med förståelsen från projektet utveckla katalysatorer som underlättar regenereringen av gifter och (iv) matematiska modeller som beskriver den reversibla och irreversibla förgiftningen.
Populärvetenskaplig beskrivning
I förbränningsprocessen i bil- och lastbilsmotorer bildas kväveoxider (NOx). NOx reagerar i luften med vatten och bildar salpetersyra. Denna syra hamnar i vår miljö via regn och snö och orsakar därigenom försurning. Salpetersyra är också giftigt för oss människor och leder till ökade luftvägsproblem. Vidare reagerar NOx med kolväten i avgaserna och bildar ozon som är en huvudkomponent i smog. Alla miljö och hälsomässiga problem gör det mycket tydligt att vi måste rena fordonsavgaserna från NOx. Ett sätt för detta är ett katalysatorkoncept som kallas för NOx fällor. I dessa fällor lagras NOx in under några minuter då det är syreöverskott i förbränningen, s.k. mager drift. Därefter görs en kort puls med mycket bränsle och då reduceras kväveoxiderna till ofarlig kvävgas, katalysatorn regenereras och kan därefter lagra NOx igen. Men detta katalysatorkoncept förgiftas lätt av bla svavel och katalysatorn måste därför regenereras från gifter. Vidare har man funnit att en del av gifterna inte kan regenereras och alltså är irreversibla, medan en del kan regenereras. Målet med detta industridoktorandprojekt är därför att systematiskt undersöka förgiftning och regenerering av NOx-fällor med syftet att öka hållbarheten och förbättra bränsleekonomin. Projektet kommer att starta med att undersöka den reversibla och irreversibla förgiftningen med motorbänkexperiment vid Volvo Cars. De resulterande katalysatorerna kommer att karakteriseras i detalj vid Chalmers där aktivitet och selektivitet kommer att mätas med flödesreaktorer, ytan kommer att mätas med BET, bindningsstyrkan av gifterna med mikrokalorimetri. Även röntgenmetoder (XRD och XPS) och transmissionselektron mikroskopi (TEM-EDS) kommer att användas för att studera kristallstruktur, oxidationstillstånd, morfologi och förgiftningsprofiler. Modellkatalysatorer kommer att syntetiseras för att få mer information om förgiftningsmekanismen, mha experiment och kinetikmodellering, där kinetikmodellen kommer att ha fokus på att skilja på reversibla och irreversibla gifter. Vidare, utifrån förståelsen vi fått i projektet kommer nya materialformuleringar att utvecklas för att ta fram katalysatormaterial som har bättre regenereringsmöjligheter. Ytterligare syfte med detta projekt är att utveckla olika regenereringsstrategier som tar hänsyn till den irreversibla och reversibla förgiftningen som sker under livstiden av katalysatorn och därigenom kunna öka livslängden av katalysatorn och minska bränsleförbrukningen.