Pendant le démarrage à froid, un moteur de voiture émet beaucoup plus de particules et d'autres polluants que par temps chaud. En effet, un convertisseur catalytique froid est beaucoup moins efficace à basse température des gaz d'échappement. Alors, quelle est la réponse ? Préchauffer le chat au micro-ondes. Des scientifiques de l'Empa ont mis au point le premier chauffage par convertisseur à micro-ondes pour les voitures particulières.

Les moteurs à combustion interne sont actuellement sous le feu – à maintes reprises. Le premier problème était la suie de diesel, mais cela pourrait être résolu avec des filtres à particules. Puis, encore avec le diesel, les oxydes d'azote nocifs sont apparus, qui a été (soi-disant) abordé avec des systèmes de post-traitement des gaz d'échappement compliqués. Ce qui a tendance à être négligé dans le débat diesel :les moteurs à essence contribuent aux émissions de particules dans les villes, trop, surtout dans les endroits où de nombreux moteurs démarrent à froid. 90 pour cent de tous les polluants sont produits dans la première minute après un démarrage à froid d'un moteur à essence moderne.

Ou pour le dire autrement :les 500 premiers mètres de la route polluent autant l'air que les 5 suivants, 000 kilomètres à condition que le véhicule roule sans escale. Des convertisseurs catalytiques qui se réchauffent le plus rapidement possible ou – mieux encore – nettoient déjà efficacement les gaz d'échappement lors des premiers tours du moteur sont donc essentiels pour une amélioration significative de la qualité de l'air. Potis Dimopoulos Eggenschwiler, un spécialiste du traitement des gaz d'échappement au Laboratoire des technologies de propulsion automobile de l'Empa et son équipe, a travaillé au cours des deux dernières années pour trouver une solution au problème de démarrage à froid. Avec le système développé, une réduction significative de la pollution de l'air dans les zones urbaines est attendue, étant donné la fréquence élevée des démarrages à froid et les faibles distances parcourues. Le projet est financé par le Fonds national suisse de la recherche scientifique (FNS) et l'Office fédéral de l'environnement (OFEV).

Les propriétés de transfert de chaleur d'un convertisseur catalytique doivent être adaptées afin de permettre un chauffage rapide à 300 degrés Celsius en utilisant le moins d'énergie possible. Après tout, cette énergie doit être fournie par le système d'alimentation du véhicule. Dimopoulos Eggenschwiler propose une structure à pores ouverts avec un revêtement spécial, qui peut être réchauffé par un petit émetteur à micro-ondes en dix secondes - un peu comme le four à micro-ondes à la maison. De retour en 2012, l'équipe de l'Empa a déjà développé un pot catalytique particulièrement efficace :une fonte céramique d'une mousse de polyuréthane qui tourbillonne plus efficacement les gaz d'échappement et génère moins de contre-pression qu'un pot catalytique avec sa structure traditionnelle en nid d'abeille.

Céramique de l'imprimante 3D

Le catalyseur à base de mousse a ensuite suscité l'idée suivante :une structure réticulaire polyédrique constituée de fines entretoises en céramique qui ne nécessite qu'une faible quantité de métal précieux pour atteindre une conversion élevée des polluants. "Tout d'abord, nous avons cherché une structure idéale sur l'ordinateur, " dit Dimopoulos Eggenschwiler. " Une structure qui chauffe rapidement, accélère les réactions chimiques et gêne le moins possible le flux de gaz. Ensuite, nous avons entrepris de recréer la structure en céramique. une sorte d'impression 3D à partir de liquides et de lumière UV. Les experts de l'Empa ont ensuite recouvert la céramique de carbure de silicium, l'oxyde de zirconium et l'oxyde d'aluminium - et les substances actives du convertisseur catalytique constituées de platine, rhodium et palladium. EngiCer SA, une entreprise tessinoise, a supposé la fabrication de la première petite série et a déclaré son intérêt à augmenter la capacité si la demande du marché était suffisamment élevée. Le fabricant suisse de catalyseurs HUG Engineering AG est également à bord.

Attentes satisfaites

Ce qui est probablement le premier convertisseur d'échappement catalytique imprimé en 3D au monde a répondu aux attentes lors des tests sur le terrain :dans les gaz d'échappement du réacteur à gaz modèle de l'Empa, le chat en forme de polyèdre a en fait nettoyé les polluants encore plus efficacement que le catalyseur à base de mousse de 2012. À la suite de leurs premiers tests de laboratoire réussis sur de petits chats modèles, les chercheurs discutent désormais avec des partenaires industriels pour intégrer l'un de ces pots catalytiques en taille réelle dans un véhicule d'essai. La première application permettant de tester ces nouveaux développements sur dynamomètre ainsi que sur route dans un véhicule réel est actuellement en projet.

La prochaine étape pour Dimopoulos Eggenschwiler sera d'intégrer le chauffage par micro-ondes. "Il est important de ne pas chauffer toute la structure en céramique, " dit-il. " Nous voulons chauffer seulement quelques segments du convertisseur catalytique par les micro-ondes qui sont générées en utilisant la précieuse énergie de la batterie. Dès que les réactions chimiques commencent, toutes les autres pièces vont se réchauffer." Selon le spécialiste des gaz d'échappement, un à deux kilowatts peuvent facilement être détournés de la batterie d'un véhicule pendant dix à 20 secondes. "Cela devrait suffire." Dès que le moteur tourne, les gaz d'échappement et les réactions chimiques dans le pot catalytique génèrent suffisamment de chaleur pour maintenir des températures élevées, à quel point le micro-ondes peut être éteint. Les émissions de démarrage à froid pourraient donc bientôt appartenir au passé.