清洁柴油发动机或许不再昂贵

与汽油发动机相比，柴油发动机只需要较少的燃料并释放出较少的二氧化碳，但是它们在美国却非常罕见，这部分缘于此种发动机总是无法达到美国规定的产生烟气污染物的排放量标准。如今，科学家研制出了一种新型的催化式排气净化器，从而使得柴油发动机能够满足上述条件，而无需花费太多。

早期的柴油发动机会喷出大量的烟雾。为了解决这一问题，工程师设计的发动机能够吸进比燃烧燃料所需还要多的空气。但这样便会产生一个副作用：排气管中剩余的氧气使得这种发动机很难去除能够形成烟雾的氮氧化物。为了找到从柴油发动机排气管中去除氮氧化物的方法，科学家们可谓耗尽了脑汁。

一种解决办法就是在催化式排气净化器中添加某种金属，例如钡。钡可以与氮氧化物反应而生成硝酸钡，后者可以在不影响性能的前提下很容易地被从发动机中去除掉。然而这种基于钡的反应仅仅与一种氮氧化物起作用。如果想要去除其他的氮氧化物还需要用铂进行催化，从而使一氧化氮氧化为二氧化氮，最终再由钡将其去除。遗憾的是，铂却是这颗星球上最贵重的金属之一。这便是为什么与它的汽油“兄弟”相比，清洁柴油发动机要更为昂贵的一个重要原因。

如今黑马出现了。一种名为钙钛矿的廉价金属氧化物可以取代铂，但它通常没有铂的效率高，并且遇到柴油中的硫便容易失效。尽管硫可以通过将催化式排气净化器加热至700多摄氏度的方法加以去除，但这种做法同时也会令钙钛矿分解。

在这项新的研究中，美国密歇根州沃伦市通用汽车全球研发中心的化学工程师李伟（音译）和同事成功开发了一种混合物，这种混合物由钯——比铂便宜70%——和包含有镧、锶和锰的钙钛矿构成。当一台柴油发动机处于巡航温度下时，这种混合物至少可以像传统的铂催化剂一样去除污染物。（但是当发动机冷却后，它的作用就很小了。）更棒的是，这种混合物在清除硫的温度下依然可以在排气系统中工作。研究人员在2010年出版的美国《科学》杂志上报告了这一研究成果。

在过去的1年中，研究小组一直在持续研制和改进他们的催化式排气净化器设计，并且正打算将其在样车上进行试验。李伟表示：“目前的最大挑战是设法改善这种混合物在低温下的表现。”

捷克共和国布拉格市化学技术研究所的化学工程师Jan Stepanek预测了另一潜在的问题。他说：“众所周知，由于汽车催化物的降解，道路附近贵金属的浓度将是可观的。”打个比方，目前之所以没有出现环境或健康问题是缘于铂是非常稳定的。但是研究小组的新设计中包含有锶，而锶被认为会阻碍青少年的发育。Stepanek表示，如果锶从一部老化的催化式排气净化器中释放出来，那将更加危险。

EurekAlert!