Mecânica

Catalisadores de automóveis mais eficientes

Catalisadores de automóveis mais eficientes

Pesquisadores do Laboratório para Energia e Meio-ambiente e do MIT (ambos dos Estados Unidos), trabalhando conjuntamente, estão adotando um enfoque inovador para conseguir que os catalisadores de automóveis consigam limitar ainda mais a emissão de poluentes e que, além disso, tenham uma vida útil maior.

Contaminação com enxofre

O trabalho começou com o entendimento em pormenores sobre a contaminação que o enxofre exaurido pelo motor impõe sobre o catalisador, reduzindo sua capacidade de remover óxidos nitrosos, que acabam saindo pelo escapamento. O entendimento desse processo é o primeiro passo para prevení-lo.

"Remover o enxofre do combustível é difícil e caro, de forma que precisamos desenvolver um conversor catalítico resistente ao enxofre que irá trabalhar em conjunto com os motores limpos que estão sendo atualmente projetados," afirmou Bernhardt Trout, líder da equipe de pesquisadores. "Motores limpos operam com excesso de ar e são altamente eficientes, o que significa menor consumo de combustível e menores emissões [de poluentes]."

Catalisador de platina e óxido de bário

O trabalho concentra-se em um catalisador promissor, formado por dois componentes: um catalisador à base de platina que converte o monóxido de carbono e os hidrocarbonos contidos nos gases exauridos pelo motor em dióxido de carbono e água. A seguir, um componente feito de óxido de bário "aprisiona" os óxidos de nitrogênio. Desta forma, o catalisador controla todas as emissões que podem prejudicar a saúde humana e contribuir para o aumento da poluição e ocasionar chuvas ácidas.

Entretanto, com excesso de oxigênio na mistura que entra no motor, o dióxido de enxofre nos gases do escapamento reage no catalisador de platina para formar trióxido de enxofre. O trióxido de enxofre forma então uma camada que recobre o óxido de bário, impedindo-o de desempenhar seu papel no processo.

Óxidos de enxofre

"Nosso objetivo é parar as reações que transformam o dióxido de enxofre em trióxido de enxofre, mas sem interferir com as reações que eliminam o monóxido de carbono e os hidrocarbonos," afirma Trout. "Isto é desafiador porque todas esta reações envolvem o mesmo processo: adicionar um átomo de oxigênio em uma molécula presente."

Atingir essa "oxidação seletiva" é praticamente impossível utilizando-se experimentação na base da tentativa e erro. Por isto os pesquisadores utilizaram cálculos de mecânica quântica para determinar em nível atômico o processo de reação pelo qual o trióxido de enxofre se forma. Calcular o comportamento de todos os elétrons durante a reação é um procedimento pesado de computação, exigindo a utilização de supercomputadores disponíveis na Universidade de Urbana-Champaign (Estados Unidos).

Processo em nível atômico

Baseando-se em suas análises, a equipe de cientistas desenvolveu uma série de gráficos que retratam o processo passo-a-passo, mostrando como um átomo individual de oxigênio sobre a superfície de platina se aproxima e eventualmente se une a uma molécula de dióxido de enxofre, formando o trióxido de enxofre. Outros cálculos mostram em detalhes a energia consumida ou liberada a cada passo, à medida em que as ligações químicas se formam ou se quebram.

Os pesquisadores estão agora utilizando essa compreensão do processo em nível atômico para desenvolver simulações em larga escala, desenvolvidas para prever como os átomos de enxofre e de oxigênio irão se mover, interagir e reagir para formar novas moléculas, nas condições reais de um catalisador de automóvel. Os primeiros resultados mostram que os átomos de oxigênio se reúnem em aglomerados.

Aglomeração

Os experimentos reais confirmam essa aglomeração. A equipe agora está fazendo novos testes para entender o processo de aglomeração do oxigênio e descobrir o que o influencia dentro do catalisador. Descobrindo uma forma de inibir a aglomeração poderá ser a resposta para o catalisador mais eficiente.

A pesquisa está sendo financiada pela fabricante de automóveis Ford.





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