Verbrennung aufräumen?

Ein Spin-off der Universität Oxford sichert sich in Europa und Asien Verträge für eine Technologie, die die heutigen Dieselmotoren und Kraftstoffe besser nutzt. Oxonica SPS behauptet, dass sein Nanopartikel-Kraftstoffadditiv durch die Erleichterung der Verbrennung die Kraftstoffeffizienz um durchschnittlich 5 Prozent steigert und die Rußemissionen um bis zu 15 Prozent reduziert.

CEO Kevin Matthews sagt, dass Dieselkraftstoff, der mit dem Nanopartikel-Katalysator von Oxonica versetzt wurde, länger brennt, die Kraftstoffeffizienz steigert und die Verschmutzung der Auspuffrohre reduziert. (Bildnachweis: Oxonica)

Letzte Woche kündigte Oxonica seinen bisher größten Deal an: einen Additivliefervertrag mit Petrol Ofisi A.S. , dem größten Kraftstoffverteiler der Türkei, im Wert von 12,7 Millionen US-Dollar in diesem Jahr. Die resultierenden Kraftstoffeinsparungen könnten laut Oxonica-CEO Kevin Matthews 200.000 Tonnen CO2 pro Jahr betragen. Ironischerweise stellen neue Umweltbedenken im Zusammenhang mit der Nanotechnologie eine ernsthafte Hürde für die breite Akzeptanz der Technologie von Oxonica dar.



Der Envirox-Kraftstoffeffizienz-Verbesserer von Oxonica verwendet Ceroxid als Katalysator. Dieses Metall ist eines von mehreren, das in Katalysatoren verwendet wird, um die Luftverschmutzung in Motorabgasen zu reduzieren. Cer spielt normalerweise eine unterstützende Rolle für Platin, das ein aktiverer Katalysator ist, aber auch teurer. Die Umwandlung von Ceroxid in Nanopartikel von nur 5 bis 25 Nanometer Durchmesser hat Oxonica zwei Vorteile gebracht: Es hat das billigere Metall in einen hochaktiven Katalysator verwandelt und in einer Form produziert, die direkt in den Kraftstoff gemischt werden kann.

Die Größe ist wichtig, da die Aktivität eines Katalysators eine Funktion seiner Oberfläche ist und die Gesamtoberfläche einer Partikelmasse exponentiell ansteigt, wenn die Masse der einzelnen Partikel abnimmt. Dadurch wird nur eine geringe Menge des Produkts benötigt; Envirox wird Dieselkraftstoff in einem Verhältnis von nur 5 ppm beigemischt.

Matthews, ein in Oxford ausgebildeter Chemiker, sagt, dass die Ceroxid-Nanopartikel eine gleichmäßigere und langlebigere Verbrennung fördern. Bei einem Dieselmotor erfolgt die Verbrennung, wenn der in einen Zylinder eingespritzte Kraftstoff komprimiert wird. Durch die Ausbreitung der Verbrennung reduziert der kraftstoffgetragene Katalysator die Kraft, die zu Beginn der Verbrennung ausgeübt wird, wenn der Kolben noch in den Zylinder drückt – ein Moment, in dem sich der Dieselmotor selbst bekämpft. Was Sie bekommen, ist eine Übertragung der Verbrennung, so dass am positiven Ende des Zyklus mehr davon auftritt, sagt Matthews. Später im Zyklus können die Partikel einen nicht-katalytischen Beitrag leisten: Durch die Zersetzung unter der Hitze und dem Druck der Verbrennung geben die Ceroxid-Partikel einen Teil ihres Sauerstoffs ab, um die Flamme zu speisen und verbleibende Brennstofftaschen zu verbrennen.

Scott Anderson, Professor für physikalische und analytische Chemie an der University of Utah, bezeichnet den treibstoffbasierten Katalysator von Oxonica als praktikable Idee, basierend auf seiner eigenen Erfahrung beim Testen von Ceroxid-Nanopartikeln als Katalysatoren für militärischen Düsentreibstoff. Es ist bekannt, dass es sich um einen Verbrennungskatalysator handelt. Wenn man genug davon einfüllt, wird es sicherlich die Verbrennungsrate erhöhen und das sollte die Verbrennungseffizienz erhöhen, sagt Anderson.

Oxonica reagierte auf die Skepsis der Käufer, indem sie das britische Unternehmen in Perth überzeugte Postkutschengruppe , Betreiber von 7.000 Bussen, um Envirox auszuprobieren. In den Jahren 2003 und 2004 testeten Stagecoach und Oxonica das Additiv in 1.000 Bussen in Großbritannien und verfolgten weitere 500 als Kontrollen. Stagecoach berichtet, dass die Testbusse insgesamt 5 Prozent weniger Kraftstoff verbrauchten und sich die Kraftstoffeinsparungen für das Additiv mehr als bezahlt machten. Ende 2004 implementierte Stagecoach Envirox in ganz Großbritannien und kaufte im vergangenen Sommer Aktien, als Oxonica an die Börse ging.

Oxonica möchte seinen Zusatzstoff auch in US-Busflotten sehen, aber die EPA befürchtet, dass Ceroxid-Nanopartikel, die aus dem Auspuffrohr austreten, eine Gesundheitsgefahr darstellen könnten. Während die Registrierung eines neuen Gasadditivs bei der EPA normalerweise ein sechsmonatiger Prozess ist, hat Oxonica bereits ein Jahr gewartet; Matthews sagt, er akzeptiere, dass das Unternehmen möglicherweise noch zwei Jahre Zeit hat.

Während die Toxizität von Ceroxid in Bulkform mit Kochsalz vergleichbar ist, könnte es in Nanopartikelform ein viel größeres Risiko bergen – insbesondere wenn es eingeatmet wird. Während größere Partikel von der Lunge entfernt werden, haben Studien gezeigt, dass einige Arten von Nanopartikeln mit einem Durchmesser von weniger als 100 Nanometern das Lungengewebe infiltrieren können. Nanopartikel können in den Blutkreislauf gelangen, in Zellen und in einigen Fällen sogar in den Zellkern, in dem sich die Chromosomen befinden. Die EPA befürchtet, dass Fahrzeuge, die mit Envirox behandelten Diesel verbrennen, zwar weniger Ruß produzieren, aber auch eine neue Gruppe von Partikeln produzieren könnten, die für den Menschen gefährlich sind.

Matthews sagt, dass die Forschung von Oxonica zeigt, dass die Verbrennung von Envirox-behandeltem Diesel die Größenverteilung der Partikelverschmutzung nicht verändert, was bedeutet, dass der Anteil kleinerer Partikel unverändert bleibt. Und er sagt, die Toxizitätsstudien des Unternehmens an sogenannten synthetischen Lungen hätten keine Anzeichen von Problemen ergeben.

Anderson sagt, das Problem für Oxonica könnte der Teufel sein, den wir nicht kennen. Zum einen, sagt Anderson, seien Nanopartikel in Abgasen mit herkömmlichen optischen Detektionstechniken schwer zu messen. Sie sind so klein, dass sie das Licht nicht effektiv streuen, sagt Anderson. Außerdem befindet sich das wissenschaftliche Verständnis der gesundheitlichen Auswirkungen von Nanopartikeln noch in den Kinderschuhen und die EPA versucht immer noch herauszufinden, wie man sie regulieren kann. Sie beginnen gerade erst, sich Sorgen über kleine Partikel im Mikrometerbereich zu machen, sagt Anderson. Ich glaube nicht, dass sie eine Ahnung haben, wie sie viel kleinere Partikel regulieren werden.

Die EPA hat Sitzungen abgehalten, um den Umgang mit Nanopartikeln zu diskutieren und im vergangenen Dezember eine weißes Papier zu diesem Thema, das anschließend einem Peer-Review unterzogen wurde. Ein geplantes freiwilliges Berichterstattungsprogramm, das eine genauere Untersuchung nanoskaliger Produkte anregen soll, steht jedoch noch aus. Die EPA kann ihre Politik pragmatisch entwickeln, da sie neue nanotechnologische Anwendungen in Betracht zieht. Tatsächlich sagt Julia Moore, stellvertretende Direktorin des Project on Emerging Nanotechnologies am Woodrow Wilson International Center for Scholars (einem Think Tank in Washington, DC), dass Envirox von Oxonica ein entscheidender Testfall dafür sein könnte, wie die EPA mit Nanotechnologie umgehen wird.

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