A próxima geração de conversores catalíticos pode ter uma vida útil mais longa e precisar de menos materiais raros para operar, sugere um novo estudo.
Os conversores catalíticos transformam gases nocivos do escapamento de um carro, incluindo monóxido de carbono e outros poluentes, em vapor e outros subprodutos mais seguros, como dióxido de carbono e nitrogênio.

Um bom catalisador pode durar mais de uma década, mas de acordo com Cheng-Han Li, principal autor do estudo, sempre há espaço para melhorias. Ele disse que as futuras tecnologias catalíticas podem ser projetadas para limpar os poluentes de forma eficaz por um longo período de tempo.

"Queremos ter uma vida útil melhor para os conversores catalíticos. Caso contrário, eles terão que ser substituídos ou não passarão nos testes de emissão do governo", disse Li, que é doutorando em ciência e engenharia de materiais na Ohio State University.

O estudo foi publicado recentemente na revista Chemistry of Materials .

Dependendo de onde você mora, os padrões federais de emissão podem variar. Em 1975, para combater o crescente problema de poluição atmosférica nas cidades dos Estados Unidos, o Congresso aprovou uma legislação afirmando que todos os veículos deveriam ter conversores catalíticos.

Embora existam vários tipos, os conversores catalíticos modernos usam uma combinação de três metais preciosos:paládio, platina e ródio. Esses catalisadores de três vias podem reduzir o óxido nítrico (NO) e o dióxido de nitrogênio (NO₂ ) emissões—duas substâncias que, se colocadas juntas, podem criar NO_x , um composto químico que tem efeitos nocivos diretos e indiretos na saúde humana.

O aumento dos preços dos três metais preciosos – especialmente o ródio – é o motivo pelo qual os criminosos de todo o mundo recorreram ao roubo de conversores catalíticos. Encontrado com mais frequência nas areias dos rios da América do Norte e do Sul, o ródio é considerado o elemento mais raro do mundo e é mais valioso que o ouro e a platina.

"O custo do ródio aumentou dramaticamente nos últimos anos devido ao aumento da demanda, juntamente com um déficit fundamental de oferta", diz Li. Isso significa que os conversores catalíticos podem ser caros de fabricar e duplamente caros de substituir.

E como os catalisadores à base de ródio são escassos, é imperativo que sejam utilizados da maneira mais eficaz possível. Como os catalisadores são conhecidos por serem desativados em altas temperaturas, os pesquisadores investigaram como seu desempenho muda ao longo do tempo na presença de alto calor.

Para fazer isso, a equipe de Li realizou vários testes nos conversores, inclusive fazendo com que eles suportassem temperaturas superiores a 1600 graus Fahrenheit. Embora os catalisadores reais raramente excedam essas condições em um carro em movimento, eles podem experimentar essas temperaturas pelo menos ocasionalmente ao longo de suas vidas, especialmente à medida que os conversores envelhecem.

Os pesquisadores usaram um microscópio eletrônico de transmissão para estudar as microestruturas dos catalisadores de três vias no nível atômico e como eles foram afetados pelo calor. "Ao observar a microestrutura, podemos fazer a conexão entre o alto calor, o desempenho real do conversor e sua microestrutura", disse Li.

Li observou que os catalisadores de ródio são suportados por óxidos como alumina e céria-zircônia, que ajudam a estabilizá-los.

Em alta temperatura com oxigênio, o ródio se dissolve na alumina e se degrada na solução estável de aluminato de ródio. Esta solução, no entanto, é quimicamente inativa, o que significa que não pode remover poluentes e gases nocivos, tornando o dispositivo efetivamente inútil.

Mas é reversível.

Quando exposto ao hidrogênio, parte do ródio se torna ativo novamente, mas não o suficiente para retornar o conversor do catalisador à sua eficiência anterior.

As descobertas do estudo concluíram que, a longo prazo, estabelecer um novo design que impeça a formação de aluminato de ródio poderia ajudar a tirar o máximo proveito desses dispositivos. Essa compreensão profunda da estrutura do dispositivo também pode ajudar a informar melhores projetos para futuros conversores catalíticos.

"Nossos resultados dão aos fabricantes de automóveis uma direção específica a seguir para otimizar o uso de catalisadores à base de ródio", disse Li.

Os coautores foram Jason Wu, Andrew Bean Getsoian e Giovanni Cavataio, da Ford Motor Company, e Joerg Jinschek, professor associado de ciência e engenharia de materiais da Ohio State. + Explorar mais

Para reduzir a poluição veicular, um único átomo pode fazer o trabalho de vários