Der Einfluss von Wasserstoff und Sauerstoff auf die ersten Schritte der Rußbildung

• Antragsteller: Professor Dr. Christof Schulz
• Fachliche Zuordnung: Energieverfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 275255277

Kohlenstoffnanopartikel spielen eine wichtige Rolle als verbrennungsrelevante Schadstoffe sowie als Industrieprodukte. Das Verständnis und die Modellierung ihrer Bildungspfade ist daher vongroßem Interesse. In den zugrundeliegenden Reaktionen spielen insbesondere Wasserstoff und Sauerstoff eine wichtige Rolle. Systematische Untersuchungen zu den mechanistischen Details sindjedoch lückenhaft. Deshalb soll durch eine enge Verzahnung von Experiment und Modellierung der Einfluss von molekularem und gebundenem Wasserstoff sowie von molekularem Sauerstoff und oxygenierten Additiven auf Induktionszeiten, Partikelbildungsgeschwindigkeiten, Rußvolumenbrüche, Partikelmorphologie und auf die Reaktionskanäle, die zu Rußvorläufern führen, bestimmt werden. Der vorliegende Antrag zur Förderung der zweiten Projektperiode setzt thematisch und methodisch die Arbeiten der ersten Projektperiode fort und baut auf die in der ersten Periode entwickelten experimentellen Verfahren auf. Ethen, Acetylen und Benzol (mit und ohne Zusatz von Methanol, n- Butanol und Furanen als oxygenierte Additive) werden als Vertreterder Kohlenwasserstoffklassen mit variablen C/H-Verhältnissen unter pyrolytischen und leicht oxidativen Bedingungen untersucht. Untersuchungen haben gezeigt, dass oxygenierte Kraftstoffe und die Zugabe von sauerstoffhaltigen Additiven zu einer Verringerung derRußvolumenbrüche und zu erhöhter Bildung kleinerer Partikel führen. Molekularer und gebundener Sauerstoff beeinflusst die Rußbildung durch erhöhte Radikalkonzentration, Wärmefreisetzung und durch Oxidationsreaktionen von Ruß und Rußvorläufern. Daher werden die Reaktionssysteme mit und ohne Additive unter die Nutzung komplementärer Techniken wie Stoßwellenrohren (pyrolytisch undoxidativ), Pyrolysebrenner (pyrolytisch) und McKenna-Brenner (oxidativ) untersucht, die gemeinsam einen umfassenden Bereich von Reaktionsbedingungen abdecken. Durch die Nutzung dieser kombinierten Ansätze können alle Schritte der Rußbildung untersucht werden: Stoßwellenrohre – gekoppelt mit in situ, online- und offline- Techniken – bieten sehr gut definierte Reaktionsbedingungen und hohe Zeitauflösung, bei denen die Zusammensetzung derGasphasenspezies, Rußvolumenbrüche und Partikelgrößen bestimmen werden können. Der Pyrolysebrenner und McKenna- Brenner ermöglicht Untersuchungen bei längeren Reaktionszeitenund die ortsaufgelöste Probenahme, so dass die unterschiedlichen Reaktionsschritte der Rußbildung untersucht werden können. Alle Messungen erfolgen jeweils in enger Kooperation mit der theoretischen Betrachtung und der Modellierung der Ergebnisse.Dieses Projekt basiert auf einer engen Zusammenarbeit zwischen einer deutschen und einer russischen Forschungsgruppe. Letztere wird zusätzliche Mittel von der russischen Seite beantragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Partnerorganisation: Russian Foundation for Basic Research, bis 3/2022
• Mitverantwortlich: Dr. Mustapha Fikri
• Kooperationspartner: Professor Dr. Alexander V. Eremin, bis 3/2022