Så åldras katalysatorer

Louise Olsson forskar om katalysatorer som används i fordon. Målet är att rena avgaser som kommer från bränslesnåla motorer. Hon vill också öka kunskapen om grundläggande mekanismer för katalys.

En katalysator ökar hastigheten hos en kemisk reaktion utan att själv förbrukas. 

– Jag arbetar med det material som finns i katalysatorer, och tittar på hur förändring av materialets struktur påverkar katalysatorns aktivitet och selektivitet, säger Louise Olsson som är verksam vid Chalmers tekniska högskola och har stöd från Stiftelsen för Strategisk Forskning genom programmet Framtidens forskningsledare 2009.

Grundämnet platina är ett material som Louise Olsson studerar, och det används bland annat i bilkatalysatorer för att rena avgaser. Platinaatomerna i en katalysator sitter ihop med varandra och bildar platinapartiklar. När katalysatorn är ny och oanvänd är platinapartiklarna små och jämnt utspridda över ytan, men när katalysatorn används går de ihop och bildar större partiklar. Denna process kallas sintring, och den påverkar ämnets förmåga att katalysera reaktioner.

– Vi vill ta fram metoder för att konstruera matematiska modeller som beskriver hur sintring påverkar aktivitet och selektivitet hos katalysatorn – det är ena halvan av min forskning.

Det första steget är att studera och karakterisera platinapartiklarna. Det gör Louise Olsson och hennes medarbetare genom att bland annat mäta partiklarnas storlek, samt att uppskatta antalet ytsäten, det vill säga ställen på platinapartiklarna som kan användas för katalytiska reaktioner. Samma typ av karakterisering görs också av material med större platinapartiklar som sitter tätare.

Det andra steget är att använda resultat från flera olika typer av experiment för att formulera matematiska modeller som sedan implementeras i datorprogram. Dessa används för att beskriva aktiviteten hos både material med små utspridda partiklar och material där platinapartiklarna har gått ihop.

Katalysatorer för bränslesnåla bilar

Syre är nödvändigt i motorer som använder bensin som bränsle. Vid förbränning av bensin tillsammans med syre frigörs energi, koldioxid och vatten – om mängden syre är för liten kan också kolmonoxid och kolväten bildas. Kolmonoxid är farligt eftersom det försämrar de röda blodkropparnas förmåga att ta upp syre och koldioxid ökar den globala uppvärmningen.

Bränsleförbrukningen minskar om det finns ett överskott av syre, men en hög syrehalt innebär mer utsläpp av kväveoxider i avgaserna, och de är skadliga för miljön eftersom de orsakar försurning. Kväveoxider bildas när kväve och syre, som finns i luften, reagerar med varandra.

Det gör de endast om temperaturen är hög nog, och det är den i en bilmotor. Kväveoxider oskadliggörs när syre från kväveoxiden tas bort, för det som återstår då är ren kvävgas som är ofarlig och naturligt förekommande i atmosfären.

– Andra halvan av min forskning för SSF är att hitta nya sätt att konstruera katalysatorer som kan hantera kväveoxider i syrerik miljö, och på så sätt minska bränsleförbrukningen.

Platina är en viktig del i de katalysatorer som renar avgaser från bränslesnåla bilar, och det är också en anledning till att Louise Olsson och hennes kollegor fokuserar på att studera och skapa modeller av platinapartiklar och sintring av dessa. Förutom platina studerar hon också zeoliter, vattenhaltiga salter av kisel och aluminium, som kan användas tillsammans med urea för att ta bort syreatomer från kväveoxider.

Louise Olsson samarbetar med många aktörer inom fordons- och katalysindustrin, exempelvis General Motors R&D, Cummins, Volvo technology, GM powertrain Sweden och Haldor Topsoe, eftersom den främsta tillämpningen av hennes forskning är utvecklandet av fordonskatalysatorer.

– De använder våra matematiska modeller i sina interna forskningsprojekt. Men platina och zeoliter används inom många andra områden, och de metoder vi utvecklar för att studera en del av de reaktioner som platina och zeoliter katalyserar, kommer också att vara användbara i andra sammanhang.

Roligt och inspirerande med handledning

Intresset för katalysatorer fick Louise Olsson när hon läste till civilingenjör i kemiteknik vid Chalmers, och efter avslutad grundutbildning doktorerade hon i kemisk reaktionsteknik och tillämpad fysik på Chalmers.

– Jag gjorde experiment och modellering av fordonskatalys.

Louise Olsson fortsatte att arbeta på Chalmers efter sin disputation, men under den första tiden var hon tre månader på General Motors i Detroit eftersom de finansierade hennes forskningsprojekt. Idag är hon docent och anställd på Chalmers, där hon har sin egen forskargrupp bestående av fem doktorander. Hon planerar även att anställa en postdoktor.

– Jag gillar att driva en forskargrupp och att handleda doktorander.

Enligt Louise Olsson ska en bra handledare ”ta sig tid att lyssna på sina doktorander samt att planera arbetet och ge tydliga mål”. Hon tycker att hennes arbete är roligt och inspirerande.

Familjen är viktigast

Louise Olsson bor i Trollhättan tillsammans med sin man Johan och deras två barn William, 4 år, och Julia, 2 år. Familjen är viktigast för Louise och med den spenderar hon så mycket tid som möjligt.

– Vi går ofta till lekparken och gör andra utflykter tillsammans.

Louise Olsson tycker också om att läsa böcker och att se på film – deckare och thriller är de genrer hon föredrar. Hon har dessutom tränat aerobics, men idag prioriterar Louise Olsson familjen framför träning.

Text och foto: Elisabet Vikeved