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新型觸媒轉化器

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王道還｜中央研究院歷史語言研究所助理研究員

明（2010）年，美國將對重型柴油卡車提高廢氣排放的標準，氮氧化合物不得超過10％。現在，這些重型柴油卡車使用一種以液態尿素為基礎的觸媒轉化器。觸媒轉化器的功能是把氮氧化合物轉化成氮氣。氮是空氣的主成分，體積占78％，無色、無味，而且極為安定；它是蛋白質的主要構成要素之一。

只有極少數生物可以直接利用氮，例如根瘤菌。我們沒辦法直接利用氮，也沒有辦法利用蛋白質在體內代謝後必然會產生的含氮化合物。最後，那些含氮化合物以尿素的形式排出體外。（要是我們能夠回收、利用尿素，以尿素生產蛋白質，那有多好！反芻動物能把尿素回收再回饋給瘤胃中的細菌利用，使細菌生長、增殖，成為反芻動物能夠消化利用的蛋白質。）

利用尿素把廢氣中的氮氧化合物轉化成氮氣，是個複雜的過程，而且會消耗尿素，必須不斷添加。因此，目前柴油卡車使用的觸媒轉化器又髒又占空間。

汽油車使用的觸媒轉化器與柴油車不同，因為這兩種車排放的廢氣組成不同。汽油車廢氣中氧的比率較低，柴油車廢氣中氧的比率高。把氮氧化合物轉化成氮氣與氧氣，關鍵在於，除了觸媒之外，還要提供電子給氮氧化合物中的氮。可是氧會搶那些電子，而且很會搶。

最近美國阿岡國家實驗室（位於美國芝加哥郊外）馬歇爾（Chris Marshall）的研究團隊，發現利用銅沸石（copper-zeolite）當觸媒，就能解決電子供應問題。而這種觸媒其實在1990年代初，也就是十多年前，就問世了。

不過，銅沸石只在無水環境中發生作用，在攝氏450度的環境中最能發揮功能。柴油車的廢氣中有許多水氣，而且廢氣溫度最高340度，因此，馬歇爾的研究團隊必須設計出讓銅沸石最能發揮作用的觸媒轉化器。

他們以氧化鈰包裹銅沸石微粒，再敷在瓷器表面。瓷器有無數微米級的小孔，可讓廢氣通過；銅沸石可以促進氮氧化合物與電子的反應，形成氮氣。以氧化鈰包裹銅沸石微粒，可讓銅沸石微粒不接觸水，並降低反應溫度。

初步測試結果：在理想溫度時，銅沸石觸媒轉化器與傳統的尿素觸媒轉化器效率一樣好。但是在低溫時，銅沸石觸媒轉化器更好。此外，銅沸石觸媒轉化器不必添加觸媒，安裝完畢後就不必再維護了。他們估計，商品化之後，銅沸石觸媒轉化器的售價會是傳統觸媒轉化器的三分之二。

馬歇爾的研究團隊已提出了專利申請。

資料來源

《科學發展》2009年4月，436期，78 ~ 82頁

馬歇爾(2) 柴油(3) 尿素(3) 氮氣(1) 觸媒轉化器(3) 銅沸石(1) 科發月刊(5221)

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