Detaillierte Modellierung der polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoff- und Rußbildung unter Verwendung von Theorie und Experimenten

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Agnes Jocher
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 394452177

In verschiedenen Studien wurde nachgewiesen, dass polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) und die daraus gebildeten Rußpartikel eine schädliche Wirkung auf den Menschen und die Umwelt haben. Viele Regierungen und Institutionen führen deshalb immer strengere Emissionsvorschriften für Verbrennungsprozesse ein. Um diese Vorschriften einhalten zu können müssen jedoch neue Regelungstechniken entwickelt werden. Für eine erfolgreiche Technik ist es essenziell, dass die chemische Kinetik der Brennstoffzersetzung und insbesondere der PAK-Bildung verstanden und genau modelliert werden kann. Während sich ein Großteil der verfügbaren Literatur vor allem auf die quantitative kinetische Modellierung einfacher Verbrennungssysteme konzentriert, ist ein detailliertes Verständnis der komplexen PAK-Bildungs- und Wachstumsmechanismen und deren Einfluss auf die Rußbildung nach wie vor eine der zentralen Herausforderungen in der Verbrennungsforschung. Das vorgeschlagene Projekt zielt auf die Erzeugung und Erprobung neuer, genauer, kinetischer Mechanismen für die PAK bis hin zur Rußbildung ab. Zuerst soll das Verständnis der Bildung des zweiten aromatischen Rings mit theoretischen und experimentellen Methoden verbessert werden. Dazu wird der in der Green Gruppe am MIT entwickelte Reaction Mechanism Generator (RMG) erweitert, um die Erzeugung zuverlässiger, detaillierter, kinetischer Mechanismen inklusive der Bildungswege zum zweiten aromatischen Ring zu ermöglichen. Außerdem wird ein Flugzeitmassenspektrometer und Laser-Absorptionsspektroskopie eingesetzt um entsprechende Produktverzweigungsverhältnisse und Raten von Radikalreaktionen zu messen. Beide experimentellen Aufbauten stehen ebenfalls in der Green Gruppe am MIT zur Verfügung. In einem nächsten Schritt werden dann ebenfalls mit RMG erstmals alternative Rußbildungswege mit resonanzstabilisierten PAK-Radikalen untersucht. Derzeit vorgeschlagene Bildungswege sind zu langsam oder zu reversible, um alle experimentellen Beobachtungen zu erklären. Abschließend werden die erzeugten chemischen kinetischen Mechanismen verwendet, um die Rußproduktion mit dem Hybrid Method of Moments Modell in laminaren stationären und zeitabhängigen, ein- und zweidimensionalen, vorgemischten und nicht vorgemischten Methan-, Ethylen-, Benzol- und Acetylenflammen zu berechnen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. William H. Green