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新型觸媒轉化器

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。
 
 
 
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。
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