Weniger ist mehr, wenn es um Ruß geht

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Anonim

Kleine Partikel, die bei der Verbrennung von Kohlenwasserstoffbrennstoffen in die Luft emittiert werden, schädigen das menschliche Atmungssystem und verstärken den Treibhauseffekt. In ihrer agglomerierten Form bilden diese Partikel Ruß, der überwiegend aus hochkondensierten Kohlenstoffatomen besteht. Die Bildung von Ruß wird ausführlich untersucht, aber Modelle sind oft ungenau, da die Menge und Größe der Kohlenstoffpartikel von vielen Faktoren abhängt, einschließlich des verwendeten Kraftstoffs und der Verbrennungsbedingungen.

"Diese wurden in früheren Studien oft vernachlässigt", sagte Hong Im vom KAUST Clean Combustion Research Center (CCRC). Er wies darauf hin, dass die Berücksichtigung dieser Moleküle für die genaue Vorhersage von Rußkonzentrationen wesentlich ist.

Die Forscher verbesserten die Vorhersagbarkeit der Bildung von Rußvorläufern in den Flammen oder der sogenannten polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffe (PAK).

PAK sind organische Moleküle, die Ringe von Kohlenstoffatomen mit umgebenden Wasserstoffatomen enthalten. Sie entstehen beim Brennen, wenn kleinere Moleküle kollidieren und sich zu größeren verbinden. Die Moleküle selbst lagern sich zusammen und bilden unter bestimmten Bedingungen Rußpartikel. Ein detailliertes Verständnis der Bildungspfade für PAK ist daher essentiell, um die Rußbildung zu reduzieren und die Effizienz des Verbrennungsprozesses zu verbessern.

Aufgrund ihrer größeren Anzahl von Atomen waren frühere Computermodelle durch die Größe der in den Berechnungen berücksichtigten PAK begrenzt. In ihrer Arbeit haben die Forscher genauere chemische Wege zu größeren PAHs identifiziert, indem sie ihre komplexen Reaktionsmechanismen sorgfältig untersucht haben.

Das in Zusammenarbeit mit der National University of Ireland, Galway und Saudi Aramco entwickelte Modell beschreibt Reaktionswege, die zur Bildung von PAH mit bis zu sieben Ringen aus Kohlenstoffatomen - insgesamt 24 Kohlenstoffatomen - führen.

Beim Einsatz des Modells zeigen die Untersuchungen, dass genaue Vorhersagen nicht nur PAK-Moleküle berücksichtigen müssen, sondern dass die größeren PAH-Moleküle diejenigen sind, die am meisten zur Rußproduktion beitragen.

Obwohl die derzeitigen Berechnungen auf einem einfachen Kraftstoff basieren, werden zukünftige Arbeiten andere Kraftstoffarten wie Benzin oder Düsentreibstoffe erweitern. Darüber hinaus seien dynamische Effekte wichtig, erklärt Im.

"Untersuchungen zur Rußbildung unter dem Einfluss turbulenter Fluktuationen werden derzeit untersucht", sagte Im.

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