At lægge presset på sod

At køre dieselmotorer og gasturbiner ved højt tryk for at øge effekten og effektiviteten er skadeligt for miljøet. Afbrænding af brændstof ved højt tryk kan ændre de sodpartikler, der produceres, markant, William Roberts fra KAUST Clean Combustion Research Center og hans team har vist. Undersøgelse af de faktorer, der påvirker soddannelse, bør føre til nye måder at bremse sodemissioner på, siger Hafiz Amin, avisens første forfatter.

Sod er en stor global forurening, skadelig for menneskers sundhed og den næststørste bidragyder til global opvarmning efter kuldioxid. Det komplekse stof omfatter individuelle nanopartikler, der er bundet sammen i kædelignende strukturer kaldet fraktale aggregater. Fordi effekten af ​​sodpartikler på menneskers sundhed er meget afhængig af sodstrukturen, teamet var motiveret til at forstå dannelsesprocesserne. "Danningen af ​​sod er nøglen til at kontrollere dens emissioner, " siger Amin. Men den effekt, som forhøjet tryk har på sodproduktionen, er ikke godt forstået. Roberts og hans team udviklede en effektiv metode til sodprøvetagning, der giver ny indsigt i soddannelse.

Holdet udviklede en måde at prøve, ved tryk op til 10 atmosfærer, sodpartiklerne produceret i en laminar flamme kaldet en modstrøms diffusionsflamme. Modstrømsbrænderen producerer en vandret, cirkulær flamme, der er stabil og ensartet. "Modstrømsflammen giver os mulighed for at kontrollere flammens væskedynamik og kræver mindre beregningskraft til modellering, " forklarer Anthony Bennett, medforfatter til papiret og nuværende ph.d. elev i Roberts' hold. Forskerne indsamlede sod fra flammen ved hjælp af et fint kulstofbelagt kobbernet holdt af en pneumatisk drevet robotarm, der hurtigt skyder ud for at indsamle en sodprøve med minimal forstyrrelse af flammen.

Holdet analyserede deres sodprøver ved hjælp af transmissionselektronmikroskopi og observerede, at forhøjet tryk øgede sodpartikelstørrelsen signifikant. Den gennemsnitlige partikeldiameter på 17,5 nanometer ved 3 atmosfæres tryk steg til 47 nanometer ved 10 atmosfærer.

"Dette viser vigtigheden af ​​trykkets indflydelse på sodemissioner, " siger Bennet.

Nu hvor de har udviklet en effektiv højtryksforsøgsopsætning og sodprøvetagningsprocedure, holdet har mange flere eksperimenter planlagt, siger Amin. "Vi vil gerne udvide undersøgelserne til et tryk på 40 atmosfærer, som er relevant for gasturbiners driftstryk, " han siger.

Holdet vil også gerne undersøge, hvordan forskellige brændstofkemi og opholdstider påvirker sodproduktionen ved forhøjet tryk. "Vores nuværende eksperimentelle faciliteter giver kontrol til at udføre sådanne undersøgelser, " siger Amin.