Silniki spalinowe przestaną truć. To odkrycie zmienia zasady gry
Zanieczyszczenie powietrza to jeden z największych problemów współczesnego świata. Szczególnie szkodliwe są tlenki azotu, które powstają podczas spalania paliw w silnikach samochodowych i procesach przemysłowych. Polscy i szwajcarscy naukowcy dokonali właśnie odkrycia, które może to zmienić i znacząco poprawić jakość powietrza, którym oddychamy.
Zespół polskich i szwajcarskich badaczy, z udziałem dr hab. inż. Izabeli Czekaj, profesor Politechniki Krakowskiej, odkrył zupełnie nowy mechanizm działania katalizatorów żelazowych. Są one stosowane do oczyszczania spalin, czyli gazów, które wydobywają się z naszych samochodów i fabryk.
Gazy te przyczyniają się do zanieczyszczenia powietrza, smogu oraz efektu cieplarnianego. Znalezienie skuteczniejszej metody ich neutralizacji jest zatem na wagę złota.
Nowy sposób oczyszczania spalin
11-osobowy zespół naukowców z ośrodków w Villigen, Lugano, Lozannie, Zurychu i Krakowie prowadził badania nad - uwaga, skomplikowana nazwa - zeolitowymi katalizatorami heterogenicznymi zawierającymi żelazo, które są stosowane do redukcji szkodliwych emisji tlenku azotu (NO) i podtlenku azotu (N2O). Gazy te powstają przy spalaniu w silnikach samochodowych oraz w procesach przemysłowych.
Wyobraźcie sobie, że katalizator to taki przyspieszacz reakcji chemicznych. W przypadku spalin, katalizator przyspiesza rozkład szkodliwych substancji (NO i N2O) na mniej szkodliwe związki. Dzięki temu powietrze, którym oddychamy, staje się czystsze.
Dotychczasowy sposób działania katalizatorów żelazowych był tylko częściowo poznany. Polscy naukowcy, dzięki skomplikowanym badaniom, odkryli zupełnie nowy mechanizm, który pozwala na jeszcze efektywniejsze oczyszczanie spalin. To przełomowe odkrycie zostało opublikowane w jednym z najbardziej prestiżowych czasopism naukowych na świecie - Nature Catalysit.
Jak wyjaśnia badaczka Politechniki Krakowskiej odkrycia te będą mieć duże znaczenie praktyczne.
Mogą prowadzić do opracowania bardziej efektywnych katalizatorów, które będą lepiej redukować emisje co z kolei przyczyni się do poprawy jakości powietrza i ograniczenia zmian klimatycznych. W nauce badania te pogłębiają wiedzę na temat mechanizmów kompleksowych reakcji katalitycznych i mogą wpłynąć na przyszłe badania nad redukcją emisji przemysłowych
– wyjaśnia prof. Izabela Czekaj.
Więcej o tym jak naukowcy walczą ze zmianami klimatu przeczytasz na Spider's Web:
Co tam się dzieje?
W badaniach opisanych w Nature badaczka Politechniki Krakowskiej była odpowiedzialna za modelowanie teoretyczne, które jest kluczowe dla zrozumienia działania katalizatorów na poziomie molekularnym oraz projektowania nowych materiałów (tymi zagadnieniami na co dzień zajmuje się jej zespół na Politechnice Krakowskiej).
W ramach prac teoretycznych udało się zastosować nowatorskie podejście do symulacji procesu katalizy, uwzględniające rzeczywiste parametry procesu (temperatura i ciśnienie) przewidujące zmiany geometrii i energii podczas adsorpcji NO i N2O na żelazie. To pomogło zrozumieć mechanizmy redukcji emisji tych tlenków i potwierdzić hipotezy wysnute z danych eksperymentalnych
- mówi dr hab. inż. Izabela Czekaj.
Co ciekawe pomimo powszechnego wykorzystania katalizatorów żelazowych, naukowcy do tej pory nie wiedzieli, jak dokładnie one działają. Trudności wynikały ze złożoności struktur, zwłaszcza w rzeczywistych warunkach procesu chemicznego i braku odpowiednich narzędzi do badania ich miejsc aktywnych.
W naszych badaniach zastosowaliśmy zaawansowane techniki spektroskopowe oraz obliczenia teoretyczne z zakresu teorii funkcjonału gęstości (DFT), aby rozwiązać ten problem
– tłumaczy dr hab. inż. Izabela Czekaj.
Polsko-szwajcarski zespół naukowców, który pracował nad tym projektem, zasługuje na ogromne uznanie. Badania były prowadzone w kilku renomowanych ośrodkach naukowych, m.in. w Villigen, Lugano, Lozannie, Zurychu i Krakowie. To dowód na to, że polska nauka ma wiele do zaoferowania i może współpracować z najlepszymi na świecie.
Praca zespołu, do którego należy także Politechnika Krakowska, to dowód na to, że nauka może znaleźć rozwiązania dla największych wyzwań współczesnego świata. Rozwiązania, które są nie tylko skuteczne, ale też przystępne ekonomicznie, co jest kluczowe dla ich szerokiego wdrożenia.
