Hvad er der i en flamme? Det overraskende mysterium om, hvordan sod dannes

Sod er en af ​​verdens værste bidragsydere til klimaændringer. Dens påvirkning svarer til globale metan-emissioner og er næst efter kuldioxid i dets ødelæggende potentiale. Dette skyldes, at sodpartikler absorberer solstråling, som opvarmer den omgivende atmosfære, hvilket resulterer i varmere globale temperaturer. Sod forårsager også flere andre miljø- og sundhedsproblemer, herunder at gøre os mere modtagelige for luftvejsvirus.

Sod forbliver kun i atmosfæren i nogle få uger, hvilket tyder på, at hvis disse emissioner kunne stoppes, så kunne luften hurtigt klares. Dette er for nylig blevet demonstreret under de seneste nedlukninger, hvor nogle større byer rapporterer klar himmel, efter at industrielle emissioner er stoppet.

Men sod er også en del af vores fremtid. Sod kan omdannes til det nyttige carbon black produkt gennem termisk behandling for at fjerne eventuelle skadelige komponenter. Carbon black er kritiske ingredienser i batterier, dæk og maling. Hvis disse kulstoffer er lavet små nok, kan de endda fås til at fluorescere og er blevet brugt til at mærke biologiske molekyler, i katalysatorer og endda i solceller.

I betragtning af vigtigheden af ​​sod og hvor længe menneskeheden har produceret det, skulle man tro, at dens dannelse var fuldstændig forstået. Dette er dog ikke tilfældet. Især den kritiske overgang, når molekylerne klynger sig sammen for at danne de allerførste nanopartikler af sod, er ukendt.

Hvis sodens oprindelse skulle forstås fuldt ud, kunne vi potentielt eliminere dens dannelse og derfor drastisk reducere dens miljøpåvirkning samt lave bedre kulstofmaterialer. Med dette i tankerne har forskere fra University of Cambridge og Cambridge CARES for nylig offentliggjort en omfattende gennemgang om fødslen af ​​sod - hvor molekyler bliver til partikler.

I anmeldelsen, med titlen:"Soot inception:Carbonaceous nanoparticle formation in flames" offentliggjort i Progress in Energy and Combustion Science, begynder forfatterne Dr. Jacob Martin, Dr. Maurin Salamanca og CARES-direktør Professor Markus Kraft med at bemærke, at;

"Det har dog kun været i det sidste årti, at eksperimentelle og beregningsmæssige teknikker inden for forbrændingsvidenskab har været i stand til at kigge bag døren for at afsløre indsigt i de tidligste dannelsesmekanismer af kulstofholdige partikler i flammen."

Figuren nedenfor viser nogle af disse nye eksperimentelle indsigter langs vejen fra brændstof til sod. I dette diagram er det dannelsen af ​​nanopartikler (sodstart), der er fødslen af ​​sodpartiklen.

To hovedveje er blevet foreslået for sodstart - enten fysisk kondensation, hvor molekyler danner dråber, eller kemisk polymerisation, hvor molekyler reagerer for at danne partikler. Men begge veje i sig selv er ikke-optimale, da "fysisk og elektrisk kondensering af precursormolekyler er hurtig, men for svag til at holde sod sammen, mens de fleste kemiske bindinger er stærke, men de mekanismer, der er foreslået til dato er for langsomme til at tage højde for hurtig vækst af sod som observeret i eksperimenter."

I stedet foreslår forfatterne en "mellemvej", der involverer mekanismer med både fysiske og kemiske aspekter. Lovende muligheder fremhæves, der involverer π-radikaler og diradikale, men der mangler stadig afgørende beviser for en specifik mekanisme såvel som forudsigende modeller.

I sidste ende konkluderer forfatterne, at "emissionen af ​​kulholdige nanopartikler skal være en forsknings- og industriel prioritet for fremtiden for forbrændingsanordninger og nye materialeanvendelser."

"Soot inception:Carbonaceous nanoparticle formation in flames" er offentliggjort i Progress in Energy and Combustion Science af forskere fra Cambridge Center for Advanced Research and Education i Singapore Ltd og University of Cambridge. + Udforsk yderligere

Molekylær dans, der kunne eliminere sodforurening