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Mar 07, 2023

私たちが吸う空気

I gas di scarico dei motori sono la principale fonte di inquinamento urbano.Ma

主催

エンジンの排気ガスは都市の汚染の主な原因です。 しかし、BASF の革新的なエンジニアリングと賢い触媒化学は、よりきれいな空気の生成に貢献しています。

2017 年 8 月 16 日

スポーティな曲線とクロームのフィッティングにより、1960 年代のクラシックな車が現代の車よりも美的優位性を持っていることに異論を唱える人はほとんどいないでしょう。 しかし、スタイリッシュなボディワークの下には、罪深い秘密が隠されています。 1960 年代の車 1 台からの有毒ガスの排出量は、現代の車 100 台からの排出量とほぼ同じです。

それは少なからず触媒コンバーターの発明のおかげです。 過去 40 年間、これらの装置は 10 億トン以上の汚染物質の放出を防止してきました。

しかし、消費者、政治家、活動家はさらに多くのことを望んでいます。 最新の触媒コンバーターは、排気ガス中の有害物質を 90% 以上削減できます。 現在、化学大手 BASF の科学者とエンジニアは、自動車メーカーがこれまで以上に要求の厳しい大気浄化法に対応できるよう、この数字をさらに増やすことに取り組んでいます。

この取り組みの中心となるのは、米国の鉱物精製会社であるエンゲルハード コーポレーションの研究者によって 1973 年に初めて自動車用に開発された触媒コンバーターです。 この取り組みは、自動車メーカーに有害な排出ガスの大幅な削減を義務付ける 1970 年の米国大気浄化法をきっかけに始まりました。

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触媒コンバーターは、巨大な内部表面積を持つハニカム状のセラミック体です。 この表面は、さまざまな反応を触媒する白金、パラジウム、ロジウムなどの金属を含む配合物でコーティングされています。 最初の変換器は、一酸化炭素を酸化して二酸化炭素に、未燃の炭化水素を二酸化炭素と水に変換しました。 「スリーウェイ」コンバーターと呼ばれる後期モデルも、有害な NOx (窒素酸化物) を窒素と酸素に分解します。

四元触媒変換の仕組み

さらなるクリーンエア規制により、この技術はさらに前進しました。 1992 年から 2014 年にかけて、欧州の一連の規制により、新しいガソリン車からの一酸化炭素排出量が 3 分の 2 削減され、炭化水素と NOx 排出量はほぼ 1 桁削減されました。

BASF はこれらの削減において重要な役割を果たしてきました。 2006 年に Engelhard を買収し、現在では自動車産業向けの触媒コンバーターの世界有数のサプライヤーの 1 つとなり、世界中に触媒科学者を雇用しています。

これらの専門家は、排出量をさらに削減するために取り組んでいます。 BASF の最近の技術革新の 1 つは、ディーゼル排気から NOx の 95 パーセントを除去するのに役立つ銅チャバザイトと呼ばれる合成触媒です。 これは、排気流に供給される尿素と連携して機能し、アンモニアに分解されます。

銅チャバザイトには規則的な間隔の細孔があり、そこでアンモニアと窒素酸化物分子が反応して窒素と水が形成されます。

「銅チャバザイトは、NOx 変換に必要な優れた触媒活性と、長期耐久性に必要な構造安定性の両方を提供します」と、2009 年にこの技術の特許を取得したチームのメンバーであるアフマド モイニ氏は述べています。

触媒コンバーターの製造方法も重要です。 ドイツのニーンブルクにある BASF の排ガス触媒施設では、オレンジ色のロボット アームが、斜方沸石を含むクリーム状のスラリーでセラミック体のコーティングを調整しています。 コーティングは、材料の細孔が完全かつ迅速にコーティングされるように、正確な方法で行われます。

BASF が次世代コンバータを開発したのはここです。 そのチームは、ガソリン エンジンが排出できる煤、つまり粒子状物質汚染の許容量を一桁減らすという、今後の欧州の法律に適合するようにこれらを設計しました。

これを行う 1 つの方法は、このすすを除去する追加のフィルターを取り付けることです。 しかし、BASFの科学者たちは、微粒子フィルタリングと従来の「三元」触媒変換を組み合わせた、より良いソリューションを考案しました。 彼らのトリックは、特注の多孔質フィルターの触媒作用でした。

新しい構造は、排気が入ることを可能にする長く平行なトンネルのハニカム構造です。 ガスはトンネルの壁を通過し、そこで触媒反応で分解されます。 変換されたガスは、その後、別の一連の平行トンネルを通過し、コンバーターから出ます。

トンネルの壁の細孔はすすが入るには小さすぎるため、すすが閉じ込められ、後に燃焼して二酸化炭素が生成されます。 新しいデバイスは、EMPRO™ 四元変換触媒と呼ばれます。

BASF は、これらのデバイスを製造するために重大なエンジニアリング上の課題を克服する必要がありました。 たとえば、フィルタリングプロセスによってエンジン抵抗が大幅に増加し、出力が低下したり燃料使用量が増加したりしないようにする必要がありました。 「当社の触媒組成物をフィルターの多孔質壁上ではなく、フィルターの多孔質壁に適用する新しいプロセスを開発することで、これを達成しました」と、BASF 欧州環境触媒研究副社長のトルステン・ノイバウアー氏は述べています。 BASF の 4 方向変換コンポーネントを搭載した最初の自動車が昨年市場に登場しました。

ノイバウアー氏と同僚のもう 1 つの課題は、ハイブリッド車に対応することです。 これらは常に電気モーターから内燃エンジンに切り替わり、最終的には従来の自動車エンジンよりも低い温度で動作します。 そこで BASF は、これらのより低い温度で触媒をより効果的にする方法を研究しています。

BASFモバイル排出触媒担当副社長のティロ・ホルストマン氏は、「当社は自動車メーカー、部品メーカー、触媒基材サプライヤーと協力して、新型車両も含め、排出ガスのさらなる削減に取り組んでいる」と述べた。 「私たちの主要な能力を組み合わせることで、持続可能な自動車運転を次のレベルに押し上げる革新的なソリューションを提供できると確信しています。」

ディーゼル車には混合プレスがありました。 少し前まで、政治家たちは燃料効率を宣伝していました。ディーゼルは同等のガソリンよりも二酸化炭素の排出量が最大 20% 少ないのです。

しかし最近では、特にフォルクスワーゲンの排ガス検査スキャンダルの後、ディーゼル車が生成する窒素酸化物が都市部では容認できない健康上の負担となっているとして、ディーゼル車を非難するようになった。 その結果、パリ、マドリード、アテネ、メキシコシティの市長は、2025年までにディーゼル車を禁止する計画を発表した。

現在、自動車業界のリーダーらは、これは行き過ぎだと主張している。 「一部の都市が積極的かつ不合理なディーゼルバッシングの動きを提案しているのを我々は目にしています」とBASFモバイル排出触媒担当副社長のティロ・ホルストマン氏は言う。

英国消費者協会によると、ディーゼル車はガソリン車の平均 16.5 倍の NOx を排出します。 ただし、これにより、ディーゼル車両内の古い車両と新しい車両との間の大きな差異が隠蔽されてしまいます。

欧州の規制では、2014 年以降に販売された軽ディーゼル車は、実験室テストで 80 ミリグラム/キロメートル以下の NOx を排出しなければなりません。これに対し、2000 年以前に販売された車両の NOx 排出量は 500 mg/km です。ガソリン エンジンの同等の制限は 60 mg/km です。 9月からはより厳しい基準により汚染がさらに削減され、実験室だけでなく現実世界の運転条件下でも排出が制限されることになる。

しかし、ディーゼルエンジンは燃費も優れています。 そのため、新車ディーゼル車の販売が減少すれば、新車の平均CO2排出量を2015年の130g/kmから2021年には95g/kmに削減するという欧州連合の目標を達成する可能性が低くなる。

そこにジレンマが潜んでいると、BASF Mobile Emissions Catalysts のアプリケーション エンジニアリング責任者、フランク メンケベルグ氏は言います。 「ディーゼルがなければ、ヨーロッパはこの制限を遵守できないでしょう。」

この記事は「私たちが吸う空気」という見出しで印刷されました。

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