Oprydning af forbrænding?

En spinoff fra University of Oxford er ved at sikre sig aftaler i Europa og Asien for en teknologi, der gør bedre brug af nutidens dieselmotorer og brændstoffer. Oxonica PLC hævder, at ved at lette forbrændingen øger dens nanopartikelbrændstoftilsætning brændstofeffektiviteten med i gennemsnit 5 procent og reducerer sodemissionerne med så meget som 15 procent.

Administrerende direktør Kevin Matthews siger, at dieselbrændstof tilsat Oxonicas nanopartikelkatalysator forbrænder længere, hvilket øger brændstofeffektiviteten og reducerer udstødningsforurening. (Kredit: Oxonica)

I sidste uge annoncerede Oxonica sin hidtil største aftale: en kontrakt med tilsætningsstoffer Benzin Ofisi A.S. , Tyrkiets største brændstofdistributør, til en værdi af 12,7 millioner dollars i år. De resulterende brændstofbesparelser kan svare til 200.000 tons CO2 om året, ifølge Oxonicas CEO Kevin Matthews. Ironisk nok repræsenterer et nyt sæt miljøproblemer omkring nanoteknologi en alvorlig hindring for udbredt accept af Oxonicas teknologi.

Oxonicas Envirox brændstofeffektivitetsforstærker bruger ceriumoxid som katalysator. Dette metal er et af flere, der bruges i katalysatorer for at reducere mængden af ​​luftforurening i motorens udstødning. Cerium spiller normalt en understøttende rolle for platin, som er en mere aktiv katalysator, men også dyrere. At forme ceriumoxid til nanopartikler på kun 5 til 25 nanometer i diameter har givet Oxonica to fordele: det har forvandlet det billigere metal til en meget aktiv katalysator og produceret det i en form, der kan blandes direkte i brændstoffet.

Størrelsen har betydning, fordi en katalysators aktivitet er en funktion af dens overfladeareal, og det samlede overfladeareal i en masse af partikler stiger eksponentielt, når massen af ​​de individuelle partikler falder. Som et resultat kræves der kun en lille mængde af produktet; Envirox blandes i dieselbrændstof i et forhold på kun 5 ppm.

Matthews, en Oxford-uddannet kemiker, siger, at ceriumoxidnanopartiklerne fremmer en forbrænding, der er mere jævnt spredt og lever længere. I en dieselmotor opstår forbrænding, når det brændstof, der sprøjtes ind i en cylinder, komprimeres. Ved at sprede forbrændingen ud, reducerer den brændstofbårne katalysator kraften, der udøves ved starten af ​​forbrændingen, når stemplet stadig skubber ind i cylinderen - et øjeblik, hvor dieselmotoren kæmper med sig selv. Det, du får, er en overførsel af forbrændingen, så mere af det sker i den positive ende af cyklussen, siger Matthews. Senere i cyklussen kan partiklerne yde et ikke-katalytisk bidrag: ved at nedbrydes under forbrændingsvarmen og -trykket frigiver ceriumoxidpartiklerne noget af deres ilt for at føde flammen, hvilket forbrænder resterende brændstoflommer.

Scott Anderson, professor i fysisk og analytisk kemi ved University of Utah, kalder Oxonicas brændstofbårne katalysator for en brugbar idé, baseret på hans egen erfaring med at teste ceriumoxid-nanopartikler som katalysatorer for militært jetbrændstof. Det er velkendt for at være en forbrændingskatalysator. Hvis du putter nok af det, vil det helt sikkert øge forbrændingshastigheden, og det burde øge forbrændingseffektiviteten, siger Anderson.

Oxonica adresserede skepsis blandt købere ved at overbevise Perth, U.K.-baseret Stagecoach Group , operatør af 7.000 busser, for at give Envirox en chance. I 2003 og 2004 testede Stagecoach og Oxonica additivet i 1.000 busser i Storbritannien og sporede yderligere 500 som kontroller. Stagecoach rapporterer, at testbusserne samlet set brugte 5 procent mindre brændstof, og at brændstofbesparelserne mere end betalte for additivet. Ved udgangen af ​​2004 implementerede Stagecoach Envirox i hele U.K., og sidste sommer købte det aktier, da Oxonica blev børsnoteret.

Oxonica vil også gerne se dets additiv i amerikanske busflåder, men EPA er bekymret for, at ceriumoxidnanopartikler, der kommer ud af udstødningsrøret, kan udgøre en sundhedstrussel. Mens registrering af et nyt gasadditiv med EPA normalt er en seks måneders proces, har Oxonica allerede ventet et år; Matthews siger, at han accepterer, at virksomheden stadig kan have så meget som to år tilbage.

Mens toksiciteten af ​​ceriumoxid i bulkform er sammenlignelig med bordsalt, kan det i nanopartikelform medføre meget større risiko - især ved indånding. Mens større partikler fjernes af lungerne, har undersøgelser vist, at nogle typer af nanopartikler med en diameter på mindre end 100 nanometer kan infiltrere vævet i lungerne. Nanopartikler kan ende i blodbanen, inde i celler og endda, i nogle tilfælde, inde i cellekernerne, hvor kromosomerne befinder sig. EPA er bekymret for, at mens køretøjer, der brænder Envirox-behandlet diesel, kan producere mindre sod, kan de også producere et nyt sæt partikler, der er farlige for mennesker.

Matthews siger, at Oxonicas forskning viser, at forbrænding af Envirox-behandlet diesel ikke ændrer størrelsesfordelingen af ​​partikelforurening, hvilket betyder, at andelen af ​​mindre partikler forbliver uændret. Og han siger, at virksomhedens toksicitetsundersøgelser af såkaldte syntetiske lunger ikke viste tegn på problemer.

Anderson siger, at problemet for Oxonica kan være djævelen, som vi ikke kender. For én ting, siger Anderson, har nanopartikler i udstødningen tendens til at være svære at måle med konventionelle optiske detektionsteknikker. De er så små, at de ikke spreder lys effektivt, siger Anderson. Også den videnskabelige forståelse af sundhedseffekterne af nanopartikler er på et begyndende stadium, og EPA forsøger stadig at finde ud af, hvordan man regulerer dem. De er lige ved at komme til det punkt, hvor de begynder at bekymre sig om små partikler i mikronstørrelse, siger Anderson. Jeg tror ikke, de har nogen anelse om, hvordan de vil regulere meget mindre partikler.

EPA har holdt møder for at diskutere, hvordan man håndterer nanopartikler og udsendte i december sidste år en hvidt papir om emnet, som efterfølgende har gennemgået peer review. Men et planlagt frivilligt rapporteringsprogram for at tilskynde til nærmere undersøgelse af produkter i nanoskala er endnu ikke blevet til noget. EPA kan udvikle politik pragmatisk, da den overvejer nye nanoteknologiske applikationer. Faktisk siger Julia Moore, vicedirektør for Project on Emerging Nanotechnologies ved Woodrow Wilson International Center for Scholars (en tænketank i Washington, DC), at Oxonicas Envirox kan vise sig at være en afgørende testcase for, hvordan EPA vil håndtere nanoteknologi.

skjule