Kemisk sammensætning af flyudstødnings aerosoler undersøgt

Kan flyets forurenende emissioner reduceres ved at bruge biobrændstoffer? Og hvilken indflydelse har et alternativt brændstof på dannelsen af ​​kontrailer? I midten af ​​januar et fælles forskningsprojekt for det tyske luft- og rumfartscenter (DLR) og den amerikanske rumfartsorganisation NASA, med deltagelse af Max Planck Institute for Chemistry og Institute for Atmospheric Physics (IPA) ved Johannes Gutenberg University (JGU) i Mainz, behandlet disse spørgsmål. I tre uger, forskerne lettede fra den amerikanske luftbase i Ramstein, i Tysklands Pfalz-region, at flyve i alt otte testflyvninger i forskellige højder og med variabelt tryk.

To fly blev brugt til at udføre undersøgelserne. Mens DLRs Airbus A320 ATRA blev tanket med en anden petroleumsblanding for hver testflyvning over Tyskland, NASAs "flyvende laboratorium, "en DC-8, fulgte et par kilometer bagud og dykkede ind i dens udstødningsfane. I alt 14 måleinstrumenter ombord på DC-8 indsamlede løbende data under flyvninger.

Disse omfattede ERICA (ERc Instrument for den kemiske sammensætning af aerosoler) fra Max Planck Institute for Chemistry og JGU Mainz. "ERICA er et globalt unikt aerosolpartikelmassespektrometer, udviklet og bygget i Mainz, " forklarer MPIC-direktør Stephan Borrmann, professor ved Institut for Atmosfærisk Fysik ved JGU.

"Vi er de eneste om bord, der kan studere den kemiske sammensætning af individuelle partikler, både i selve udstødningsgasserne og i det indre af iskrystallerne, der danner kontrailerne, " siger postdoc Oliver Appel, WHO, sammen med Andreas Hünig, Sergej Molleker og Antonis Dragoneas fra afdelingen for partikelkemi, betjener enheden ombord på flyet. To af dem fulgte altid med overvågningsflyvningerne.

Inde i ERICA, de mindste støv- og sodpartikler – omtalt som aerosoler – fordampes enten ved laserbombardement eller ved hurtig opvarmning. Det gasformige materiale, der frigives i denne proces, omdannes til elektrisk ladede ioner, hvis masser kan måles ved hjælp af et massespektrometer. Dette giver direkte forskerne information om den kemiske sammensætning af individuelle partikler i partiklerne i atmosfæren.

ERICA blev indsat for første gang sidste sommer på et russisk forskningsfly i høj højde op til 20 kilometer over Nepal. Muligheden for at deltage i DC-8-kampagnen kom med meget kort varsel. "At modificere vores instrument til brug i DC-8'eren på kun omkring seks uger og få en rumfartstilladelse til endelig at installere det i NASAs fly var en stor udfordring. Men vi ville absolut tage del i denne målekampagne, fordi en sådan invitation fra NASA helt sikkert repræsenterer stor påskønnelse af vores metrologi, " siger postdoc Antonis Dragoneas, som havde været medvirkende til omvendelsen.

Formål:at gøre luften renere

Standard petroleum blev blandet med olie af Camelina til testflyvningerne. I nogen tid, NASA og DLR har undersøgt, om det er mere miljøvenligt at bruge sådan et biobrændstof. De første resultater fra tidligere undersøgelser har allerede vist, at der dannes mellem 50 og 70 procent færre sodpartikler med en 50 procent biobrændstofblanding med 50 procent almindelig petroleum.

"Vi er interesserede i den kemiske sammensætning af udstødningspartiklerne, blandt andet, fordi vi gerne vil vide, hvor mange sodpartikler udstødningsgassen indeholder, hvor mange metalholdige partikler, hvis de er belagt med kondenserbare materialer, og hvordan partiklerne ændrer sig i dannelsen af ​​​​kontrail, " siger postdoc Sergej Molleker fra partikelkemiafdelingen i MPI for Kemi. I otte kilometers højde sodpartikler og vanddamp danner iskrystaller ved -50 grader Celsius, som kan ses på himlen som kontrailer. Blandt andet, iskrystallerne forhindrer varme i at undslippe atmosfæren ud i rummet, hvilket betyder, at hver kontrail skaber sin egen lille drivhuseffekt.

"Hvis vi finder en måde at reducere sodpartiklerne i flyets udstødning, den klimaopvarmende effekt kan reduceres af nye brændstofblandinger, " siger Stephan Borrmann. "Vi har også mulighed for at foretage sjældne og værdifulde målinger af de naturlige isskyer (cirrus) i denne højde, hvis egenskaber og virkninger også er et centralt forskningsemne."

De Mainz-baserede forskere forventer tidligst de første resultater fra måleflyvningerne fra Ramstein om to måneder.