Zephyrnet-logo

Oxidatieprocessen in verbrandingsmotoren en in de atmosfeer volgen dezelfde routes

Datum:

Efficiënte auto-oxidatiekettingreacties aangetoond voor de stofgroep verzadigde koolwaterstoffen

Thuwal/Helsinki/Leipzig. Alkanen, een belangrijk onderdeel van brandstoffen voor verbrandingsmotoren en een belangrijke klasse van sporengassen in de stad, reageren via een ander reactiepad dan eerder werd gedacht. Deze koolwaterstoffen, voorheen paraffines genoemd, produceren dus grote hoeveelheden sterk zuurstofrijke verbindingen die kunnen bijdragen aan organische aerosolen en dus aan de luchtvervuiling in steden. Een internationaal onderzoeksteam heeft dit nu kunnen bewijzen door laboratoriumexperimenten met de modernste meettechnologie aan de Universiteit van Helsinki en het Leibniz Instituut voor Troposferisch Onderzoek (TROPOS) in Leipzig.

De resultaten van dit interdisciplinaire werk bieden cruciale informatie over oxidatieprocessen in zowel verbrandingsmotoren als in de atmosfeer – met directe implicaties voor de motorefficiëntie en de vorming van aerosolen, vooral in steden, schrijft het onderzoeksteam in het tijdschrift. Communicatiechemie, een open-access tijdschrift uitgegeven door de uitgeversgroep Springer-Nature.

Oxidatieprocessen spelen een belangrijke rol, zowel in de atmosfeer als bij de verbranding. Een kettingreactie genaamd auto-oxidatie wordt mogelijk gemaakt door hoge motortemperaturen. Maar het fungeert ook als een belangrijke bron van sterk zuurstofrijke verbindingen in de atmosfeer die organische aerosolen vormen, zoals onderzoekers uit Finland, Duitsland en de VS in 2014 hebben aangetoond. Auto-oxidatie is een reden voor verouderingsprocessen van organische verbindingen door zuurstof uit de lucht. Het draagt ​​bij aan het bederf van voedsel en wijn.

Deze kettingreactie wordt op gang gebracht door de vorming van peroxyradicalen (RO2). De neiging van organische verbindingen om een ​​dergelijke auto-oxidatie in meerdere stappen te ondergaan, bepaalt het ontstekingstijdstip van brandstoffen in motoren en, aan de andere kant, het potentieel voor de vorming van laagvluchtige condenseerbare dampen en dientengevolge organische aerosolen in de atmosfeer. De mate waarin auto-oxidatie in meerdere stappen plaatsvindt, hangt af van de moleculaire structuur van de organische verbindingen en de reactieomstandigheden. Het bepalen van de verschillende reactieroutes van peroxyradicalen, die belangrijke tussenproducten zijn in alle oxidatiereacties, is cruciaal voor de vorming van de verschillende reactieproducten en hun belangrijkste eigenschappen, die uiteindelijk zowel de menselijke gezondheid als het klimaat kunnen beïnvloeden.

Omdat peroxyradicalen zeer reactief zijn, verlopen hun chemische reacties zeer snel en werden individuele reactiestappen lange tijd over het hoofd gezien. De ontdekking van sterk geoxygeneerde organische moleculen (HOMs) zeven jaar geleden was alleen mogelijk dankzij de vooruitgang in meettechnieken. Een speciale massaspectrometer (Chemical Ionization – Atmospheric Pressure Interface – Time of Flight (CI-APi-TOF) massaspectrometer), die de zeer kortlevende verbindingen kan monitoren, werd nu gebruikt om de radicalen en oxidatieproducten van alkanen te meten. “Tot nu toe zijn er geen studies gedaan naar de vorming van HOM uit alkanen, omdat werd aangenomen dat hun structuur ongunstig zou zijn voor auto-oxidatie”, meldt Dr. Torsten Berndt van TROPOS. Methaan, een belangrijk broeikasgas, behoort tot de groep van alkanen. Maar de belangrijkste fossiele brandstoffen van de wereldeconomie uit ruwe olie en aardgas bestaan ​​ook uit alkanen: hiertoe behoren propaan, butaan, pentaan, hexaan, heptaan en octaan. Nieuwe bevindingen over het oxidatiegedrag van deze groep stoffen zijn daarom op veel gebieden van groot belang.

Om een ​​dieper inzicht te krijgen in de auto-oxidatie van alkaan, zijn naast experimenten in Helsinki ook experimenten uitgevoerd in de free-jet flow reactor van TROPOS in Leipzig. De proefopstelling is zo geoptimaliseerd dat de gassen tijdens de reactie niet in contact komen met de wanden om interferentie van de resultaten door wandprocessen uit te sluiten. Tijdens de experimenten konden bijna alle reactieve tussenproducten, RO2-radicalen en hun reactieproducten direct worden gevolgd. De interdisciplinaire samenwerking van onderzoekers uit de verbrandingschemie en de atmosferische chemie bleek zeer nuttig, omdat bij de verbrandingsprocessen analoge processen plaatsvinden als in de atmosfeer, alleen bij een hogere temperatuur. “Hierdoor werd zichtbaar dat niet alleen isomerisatiereacties van RO2-radicalen maar ook van RO-radicalen verantwoordelijk zijn voor de opbouw van hoger geoxideerde producten. De studie maakte het mogelijk om met de alkanen de laatste en misschien wel meest verrassende groep organische verbindingen te identificeren waarvoor auto-oxidatie belangrijk is”, besluit Torsten Berndt.

Zelfs bij hoge concentraties stikstofoxiden, die anders de auto-oxidatiereacties snel beëindigen, produceren de alkanen blijkbaar aanzienlijke hoeveelheden sterk geoxideerde verbindingen in de lucht. De nieuwe bevindingen zorgen voor een dieper begrip van auto-oxidatieprocessen en geven aanleiding tot verder onderzoek naar isomerisatiereacties van RO-radicalen.

###

https: //www.tropo's.de /in /huidige problemen/persberichten/details/oxidatieprozesse-in-verbrennungsmotoren-und-in-der-atmosphaere-gehen-gleiche-wege

Bron: https://bioengineer.org/oxidation-processes-in-combustion-engines-and-in-the-atmosphere-take-the-same-routes/

spot_img

Laatste intelligentie

spot_img