Un catalyseur pourrait réduire la pollution de millions de moteurs à gaz

Dans une étude récente parue dans Nature Catalysis, des scientifiques ont révélé que des atomes individuels de palladium liés à la surface d’un catalyseur pourraient éliminer jusqu’à 90% du méthane non brûlé des gaz d’échappement des moteurs à gaz naturel à basse température.

Cette technologie, tout en nécessitant des recherches supplémentaires, ouvre de nouvelles perspectives pour réduire les émissions de méthane, un gaz à effet de serre particulièrement préjudiciable, qui piège la chaleur environ 25 fois plus que le dioxyde de carbone.

Une équipe de chercheurs de l’Accelerator Laboratory du Department of Energy’s SLAC et de la Washington State University a démontré que le catalyseur était capable d’éliminer le méthane des gaz d’échappement à la fois aux basses températures de démarrage du moteur et aux températures plus élevées lorsqu’ils fonctionnent de manière optimale. C’est à ces dernières que les catalyseurs ont généralement tendance à se dégrader.

« C’est presque un processus d’autorégulation qui surmonte miraculeusement les défis auxquels les gens ont été confrontés – l’inactivité à basse température et l’instabilité à haute température« , a déclaré Yong Wang, professeur à l’École d’ingénierie chimique et biochimique de WSU.

Une source croissante de pollution au méthane

Entre 30 et 40 millions de véhicules dans le monde fonctionnent au gaz naturel, et sont particulièrement populaires en Europe et en Asie. Ils sont généralement considérés comme plus propres que les moteurs à essence ou diesel, produisant moins de carbone et de pollution particulaire.

Cependant, lors du démarrage, ces moteurs émettent du méthane non brûlé et piégeant la chaleur car leurs convertisseurs catalytiques ne fonctionnent pas efficacement à basse température. Les catalyseurs actuels pour l’élimination du méthane sont soit inefficaces à basse température, soit se dégradent fortement à haute température.

La réaction inattendue d’un polluant

Dans leur travail, les chercheurs ont démontré que leur catalyseur, composé de simples atomes de palladium sur un support d’oxyde de cérium, éliminait efficacement le méthane des gaz d’échappement, même lorsque le moteur venait tout juste de démarrer.

Ils ont également découvert que des traces de monoxyde de carbone, toujours présentes dans les gaz d’échappement, jouaient un rôle clé dans la formation dynamique de sites actifs pour la réaction à température ambiante. Le monoxyde de carbone aidait les atomes de palladium à former des grappes de deux ou trois atomes qui décomposaient efficacement les molécules de méthane à basse température.

« Nous avons vraiment trouvé un moyen de maintenir le catalyseur au palladium stable et hautement actif, et grâce à l’expertise diverse de l’équipe, de comprendre pourquoi cela se produisait« , a déclaré Christopher Tassone, scientifique du SLAC.

En synthèse

Ces résultats sont prometteurs pour l’avenir de la lutte contre le changement climatique. Les chercheurs poursuivent leurs travaux pour améliorer davantage la technologie des catalyseurs. Ils aimeraient comprendre pourquoi le palladium se comporte différemment des autres métaux précieux tels que le platine.

Pour une meilleure compréhension

• Qu’est-ce qu’un catalyseur au palladium ? Un catalyseur au palladium est un outil qui accélère une réaction chimique. Dans ce contexte, il est utilisé pour décomposer les molécules de méthane.

• Comment fonctionne-t-il ? Les atomes de palladium se regroupent pour décomposer les molécules de méthane à basse température. À mesure que la température augmente, les groupes se séparent en atomes individuels pour maintenir le catalyseur stable.

• Quel est l’impact sur l’environnement ? La capacité à éliminer jusqu’à 90% du méthane non brûlé des gaz d’échappement pourrait avoir un impact significatif sur la réduction des gaz à effet de serre.

Les chercheurs collaborent avec des partenaires industriels et avec le Pacific Northwest National Laboratory du ministère de l’énergie afin de rapprocher leurs travaux de la commercialisation.

Un catalyseur à haute performance élimine efficacement le méthane imbrûlé des gaz d’échappement des moteurs à gaz naturel en utilisant chaque atome de palladium, tout en maintenant la stabilité. Le catalyseur présente un comportement réversible particulier, qui permet aux atomes de palladium de former des grappes de deux ou trois atomes très actives à basse température, qui se dispersent à nouveau en atomes simples stables à haute température. Crédit : Cortland Johnson du PNNL