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Mar 07, 2023

우리가 숨쉬는 공기

엔진 배기가스 배출은 도시 오염의 주요 원인입니다. 하지만

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엔진 배기 가스는 도시 오염의 주요 원인입니다. 그러나 BASF의 혁신적인 엔지니어링과 영리한 촉매 화학은 보다 깨끗한 공기를 생산하는 데 도움을 주고 있습니다.

2017년 8월 16일

스포티한 곡선과 크롬 장식을 갖춘 클래식 1960년대 자동차가 현대 자동차보다 미학적 우위를 점하고 있다는 사실에 동의하지 않는 사람은 거의 없습니다. 하지만 세련된 차체 뒤에는 유죄의 비밀이 숨겨져 있습니다. 1960년대 자동차 한 대에서 배출되는 독성 물질은 현대 자동차 100대에서 배출되는 것과 거의 같습니다.

이는 촉매 변환기의 발명에 크게 감사드립니다. 지난 40년 동안 이러한 장치는 10억 톤 이상의 오염 물질 배출을 방지해 왔습니다.

그러나 소비자, 정치인, 활동가들은 그 이상을 원합니다. 최신 촉매 변환기는 배기가스에 포함된 유해 물질을 90% 이상 줄일 수 있습니다. 이제 화학 대기업 BASF의 과학자와 엔지니어는 자동차 제조업체가 더욱 까다로워지는 청정 공기 법규를 준수할 수 있도록 이 수치를 더욱 높이기 위해 노력하고 있습니다.

이러한 노력의 중심에는 미국 광물 정제 회사인 Engelhard Corporation의 연구원들이 1973년에 처음으로 자동차용으로 개발한 촉매 변환기가 있습니다. 이 작업은 1970년 미국의 청정 공기법(US Clean Air Act)으로 인해 촉발되었으며, 이 법은 자동차 제조업체가 유해한 배출물을 극적으로 줄이도록 강요했습니다.

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촉매 변환기는 내부 표면적이 큰 벌집 모양의 세라믹 본체입니다. 이 표면은 다양한 반응을 촉매하는 백금, 팔라듐, 로듐과 같은 금속을 함유한 제제로 코팅되어 있습니다. 최초의 변환기는 일산화탄소를 이산화탄소로, 연소되지 않은 탄화수소를 이산화탄소와 물로 산화시켰습니다. "3원" 변환기라고 불리는 최신 모델도 유해한 NOx(질소산화물)를 질소와 산소로 분리합니다.

4방향 촉매 변환 작동 방식

더욱 깨끗한 공기 규제로 인해 이 기술이 발전하게 되었습니다. 1992년부터 2014년 사이에 일련의 유럽 규정은 새로운 휘발유 자동차의 일산화탄소 배출량을 2/3로 줄였으며 탄화수소 및 NOx 배출량을 거의 10배 줄였습니다.

BASF는 이러한 절감에 중요한 역할을 해왔습니다. 2006년에 Engelhard를 인수했으며 현재는 전 세계적으로 촉매 과학자를 고용하고 있는 자동차 산업용 촉매 변환기의 세계 선두 공급업체 중 하나입니다.

이 전문가들은 배출량을 더욱 줄이기 위해 노력하고 있습니다. BASF의 최근 혁신 중 하나는 디젤 배기가스에서 NOx의 95%를 제거하는 데 도움이 되는 구리 캐바자이트라고 불리는 합성 촉매입니다. 이는 배기가스 흐름에 공급되는 요소와 함께 작동하여 암모니아로 분해됩니다.

구리 캐버자이트는 암모니아와 산화질소 분자가 반응하여 질소와 물을 형성하는 규칙적인 간격의 기공을 포함합니다.

2009년에 이 기술에 대한 특허를 취득한 팀의 일원인 Ahmad Moini는 “구리 캐버자이트는 NOx 변환에 필요한 우수한 촉매 활성과 장기 내구성에 필요한 구조적 안정성을 모두 제공합니다.”라고 말했습니다.

촉매 변환기를 만드는 방식도 중요합니다. 독일 Nienburg에 있는 BASF 배출 촉매 시설에서는 주황색 로봇 팔이 캐버자이트가 포함된 크림색 슬러리의 세라믹 본체 코팅을 조율합니다. 코팅은 재료의 기공이 완전하고 빠르게 코팅되도록 정밀한 방식으로 이루어집니다.

BASF가 차세대 변환기를 개발한 곳이 바로 이곳입니다. 해당 팀은 휘발유 엔진이 배출할 수 있는 그을음 또는 입자상 물질 오염의 허용량을 몇 배나 줄이는 다가오는 유럽 법률을 충족하도록 이를 설계했습니다.

이를 수행하는 한 가지 방법은 이 그을음을 제거하는 추가 필터를 장착하는 것입니다. 그러나 BASF 과학자들은 미립자 필터링과 기존의 "3원" 촉매 전환을 결합한 더 나은 솔루션을 생각해냈습니다. 그들의 비결은 맞춤형 다공성 필터의 촉매작용이었습니다.