Ilmastonmuutoksen hillitseminen on epäilemättä eräs nykyajan suurimmista kansainvälisistä haasteista. Teollisuuden, maatalouden ja energiantuotannon ohella liikenne on merkittävä kasvihuonekaasupäästöjen lähde. Erityisesti tieliikenteen osuus on huomattava; EU:n alueella se kattaa noin 72 prosenttia kaikista liikenteen aiheuttamista päästöistä. Lisäksi niin liikennevälineiden, kuin kuljetettavan rahdin määrä ovat kasvussa maailmanlaajuisesti, minkä myötä myös tieliikenteen aiheuttama päästökuorma on säilynyt kasvavana. Jotta asetetut kansainväliset ilmastotavoitteet voitaisiin saavuttaa, on siirtymä vähäpäästöisempiin voimanlähteisiin suoritettava mahdollisimman laajamittaisesti ja nopeasti.
Onneksi saatavilla on myös ratkaisuja. Raskaan liikenteen osalta eräs lupaava keino hillitä päästökuormaa on hyödyntää metaania sisältäviä maa- ja biokaasua polttoaineina. Metaanipohjaisten polttoaineiden käyttö laihalla polttoaineseoksella vähentää syntyneitä hiilidioksidipäästöjä merkittävästi perinteiseen dieseliin verrattuna. Hyödyllistä on myös monien valtioiden entuudestaan valmis maakaasun jakeluinfrastruktuuri. Ongelmana on kuitenkin palamattoman metaanin päätyminen ilmakehään pakokaasun mukana – metaani on hiilidioksidia moninkertaisesti voimakkaampi kasvihuonekaasu.
Ongelman välttämiseksi metaanilla toimivat ajoneuvot tarvitsevat kohdennetun katalysaattorin metaanin eliminoimiseksi pakokaasusta. Tänä päivänä tarvittavan tehokkuuden omaavia metaaninpolttokatalyyttejä löytyy markkinoilta jo runsaasti. Käytännön ongelmana on kuitenkin katalysaattorin tehon heikentyminen pakokaasussa olevan rikin vaikutuksesta.
Väitöskirjatyössään FM Paavo Auvinen on tutkinut modernien, kaupallisten metaaninpolttokatalyyttien rikkimyrkyttymistä, sekä kyseisten katalyyttien käyttöiän pidentämistä kokeellisin ja teoreettisin tutkimusmenetelmin. Myrkyttyneiden katalysaattoreiden ja niihin syntyneiden rikkirakenteiden kokeellinen havaitseminen on osoittautunut tutkimuspiireissä haastavaksi. Muun muassa tämän takia rikkimyrkyttymisen syvällinen ymmärtäminen on yhä vajaata.
Platinaryhmän jalometalleihin perustuvien katalysaattoreiden toimintaa ja rikkimyrkyttymiseen vaikuttavia tekijöitä on tutkittu pakokaasua jäljittelevillä virtausreaktoritutkimuksilla. Tulosten mukaan pakokaasun koostumus vaikuttaa tapaan, jolla katalysaattori myrkyttyy rikin vaikutuksesta. Kokeellisen osion tueksi valmistellut kvanttimekaniikkaan pohjautuvat mallit puoltavat teoriaa, minkä mukaan rikki muodostaa pintasulfaatteja katalysaattorin sisältämään palladiumiin. Nämä sulfaatit eivät ole aktiivisia metaanin polttamiseksi, mikä selittää havaittua katalysaattorin tehon heikkenemistä.
Kestävämpiä katalysaattoreita
Jotta metaania voitaisiin paremmin hyödyntää polttoaineena, täytyy katalysaattorien käyttöikää pystyä pidentämään rikistä huolimatta. Väitöstutkimuksessa kaupallisten katalyyttien rikkirakenteita pystyttiin hajottamaan tehokkaasti muokkaamalla pakokaasun koostumusta. Mikä tärkeintä, katalysaattorin puhdistaminen onnistui myös pakokaasulle kohtuullisissa lämpötiloissa. Katalysaattorien käyttöikää pystyttiin pidentämään myös järkevällä puhdistusjärjestelmän suunnittelulla – yhdistämällä kaksi erilaista katalysaattoria peräkkäin kyettiin rikin vaikutusta hidastamaan merkittävästi. Tutkitut tekniikat avaavat mahdollisuuksia uusien, rikkiä paremmin kestävämpien pakokaasun puhdistusjärjestelmien kehittämiseen.
FM Paavo Auvisen kemian alaan kuuluva väitöskirja Sulfur Poisoning of Modern Methane Oxidation Catalysts - Experimental and Theoretical Studies (Modernien metaaninpolttokatalyyttien rikkimyrkyttyminen – Kokeellisia ja teoreettisia tutkimuksia) tarkastetaan luonnontieteiden ja metsätieteiden tiedekunnassa 16.12. verkossa. Vastaväittäjänä toimii dosentti Mika Huuhtanen, Oulun yliopisto, ja kustoksena professori Mika Suvanto, Itä-Suomen yliopisto. Tilaisuuden kieli on suomi.
