Maler et klart billede af, hvordan nitrogenoxider dannes

Nitrogenoxider (NOx) er nogle af de vigtigste forurenende stoffer i vores atmosfære – de bidrager til dannelsen af ​​smog, sur regn og jordnær ozon. På grund af dette, Forbrændingsforskere og motorvirksomheder har siden 1980'erne arbejdet på at forstå, hvordan disse gasser produceres under forbrænding, så de kan finde måder at reducere dem på.

I en ny anmeldelsesartikel offentliggjort i Fremskridt inden for energi- og forbrændingsvidenskab , forskere fra det amerikanske energiministeriums Argonne National Laboratory og Danmarks Tekniske Universitet forklarer, hvordan de syntetiserede mere end ti års værdi af forbrændingsundersøgelser for at skabe en ny overordnet model for, hvordan nitrogenoxider produceres.

"Vores forståelse af, hvordan disse forurenende stoffer produceres i forskellige motormiljøer er blevet dramatisk uddybet." - Stephen Klippenstein, Argonne kemiker

"NOx-produktion er en af ​​de største bekymringer for motorvirksomheder, " sagde Argonne kemiker Stephen Klippenstein, en forfatter til avisen. "Vores forståelse af, hvordan disse forurenende stoffer produceres i forskellige motormiljøer, er blevet dramatisk uddybet."

En bred vifte af forskellige kemiske interaktioner forekommer i blandingen af ​​brændstof og luft i en motor, og den nye model identificerer flere forskellige veje til NOx-dannelse.

På én vej, kaldet prompt NO (nitrogenmonoxid), atmosfærisk nitrogen kombineres med kulstof og danner et mellemled af et kulstof og to nitrogenatomer, som til sidst kombineres med ilt for at danne nitrogenmonoxid. På en anden vej, kaldet termisk NEJ, nitrogenmonoxid fremstilles direkte fra nitrogen og ilt. I en tredje, kaldet brændstof NO, en nitrogenforbindelse, kulstof og ilt danner det mellemliggende skridt på vejen til nitrogenmonoxid.

"At prøve at sammensætte disse veje for at skabe en model, der nøjagtigt gengiver eksperimentelle observationer, har altid været lidt af en gætteleg, " sagde Argonne kemiker Branko Ruscic, en anden forfatter til undersøgelsen. "Imidlertid, fordi så mange videnskabsmænd fra hele verden bidrager med information om forskellige dele af det større billede, vi er tættere end nogensinde før på en model, der virkelig repræsenterer virkeligheden."

Ifølge Klippenstein, en af ​​forbrændingsprocessens hovedkarakteristika - temperatur - gør en stor forskel i mængden af ​​produceret NOx. "Temperaturen påvirker levetiden for molekylerne i blandingen, " sagde han. "At være i stand til præcist at modellere og forudsige adfærden af ​​nogle ekstremt kortlivede molekyler er afgørende vigtigt for at bestemme reaktionsvejene."

"Hvis du kan køre din motor ved en lavere temperatur, du kan undgå dannelsen af ​​meget af NOx, " han tilføjede.

En anden faktor i forbrændingsprocessen, der dramatisk påvirker NOx-produktionen, involverer det, forskere kalder rigdommen af ​​brændstofblandingen - dvs. andelen af ​​brændstof til luft, når forbrændingen finder sted i motoren. Motorer, der kører rigere, vil have molekyler med flere methylgrupper, Ruscic sagde, som har tendens til at fremme dannelsen af ​​NOx.

"Vi er på vej til et sted, hvor vi forstår NOx-produktion ret godt, " sagde Ruscic. "Det er virkelig et godt eksempel på samfundsvidenskabens triumf."

"Det er som at lægge et puslespil, hvor nogle af brikkerne kan se ud til at passe, men endnu ikke er blevet malet, " sagde Klippenstein. "Det er vores rolle at finde ud af, hvordan man maler et par stykker mere, så vores samarbejdspartnere kan sammensætte billedet bedre."

Studiet, "Modellering af nitrogenkemi i forbrænding, " dukkede op den 22. februar i Fremskridt inden for energi- og forbrændingsvidenskab .