Struktur–Aktivitäts-Beziehungen und Reaktionsmechanismen für zukünftige Kraftstoffkomponenten: Dialkylether, Oxymethylenether und Furane

• Antragsteller: Professor Dr. Uwe Riedel; Professor Dr. Christof Schulz
• Fachliche Zuordnung: Energieverfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 427458221

Lineare und zyklische Ether werden als Kraftstoffkomponenten, die aus Biomasse oder elektrochemisch hergestellt werden können, eine wichtige Rolle in zukünftigen Verbrennungssystemen spielen. Trotz ihrer Bedeutung ist das Verständnis ihrer Zersetzungs- und Verbrennungschemie unzureichend. Diese wichtige Lücke soll in diesem Projekt durchexperimentelle und theoretische reaktionskinetische Untersuchungen von Dialkylether, Oxymethylenether (OME) und Furane unter verbrennungstechnisch relevanten Bedingungen, d.h. bei Temperaturen oberhalb von 1000 K, geschlossen werden.Für die detaillierte Modellierung von Verbrennungsprozessen stellen Wasserstoff-Abstraktionsreaktionen eine zentrale Klasse dar. Daher sollen im ersten Teil dieses Projektes für ausgewählte lineare, verzweigte und zyklische Ether Geschwindigkeitskoeffizienten für H-Abstraktionen durch OH-Radikale und H-Atome durch Stoßwellenrohr-Experimente in Kombination mit spektrometrischen Techniken gemessen und durch Ab-initio-Transition-State-Theory(TST)-Rechnungen interpretiert werden. In Kombination von Experiment und Theorie sollen nach dem Prinzip von Gruppenadditivitäten regelbasierte Näherungen entwickelt werden, die sich dann für die Berechnung von Geschwindigkeitskoeffizienten für H-Abstraktionen sämtlicher Ethermoleküle anwenden lassen.Im zweiten Teil des Projektes soll die Pyrolyse von repräsentativen Vertretern dieser Substanzklasse in Stoßwellenrohr-Experimenten untersucht werden. Dabei sollen einerseits in Stoßwellenexperimentellen gekoppelt mit Gaschromatographie (GC/MS) und Flugzeit-Massen-Spektrometrie (TOF-MS) sowie in Strömungsreaktorexperimenten gekoppelt mit GC/MS die Zusammensetzung der Reaktionsprodukte gemessen werden. Dadurch werden die erforderlichen kinetischen Informationen der einleitenden unimolekularen Reaktionen ermittelt und wichtige Folgereaktionen identifiziert. Mithilfe der experimentellen Ergebnisse und dem vom MIT entwickelten Reaction Mechanism Generator (RMG), werden Reaktionsmodelle entwickelt und optimiert. Einen wichtigen Beitrag hierzu liefern die regelbasierten Näherungen für die Beschreibung der H-Abstraktionen.In diesem Projekt wird die komplementäre Expertise des Instituts für Verbrennung und Gasdynamik (IVG) der Universität Duisburg-Essen und des Instituts für Verbrennungstechnik (DLR Stuttgart) zusammengeführt. Die experimentellen Arbeiten zu den H-Abstraktionen durch OH-Radikale, die zeitaufgelösten Messungen durch TOF-MS, die Strömungsreaktormessungen sowie die Ab-initio-TST-Rechnungen sind dem IVG zugeordnet, während die Experimente zu den H-Abstraktionen durch H-Atome in isotopenmarkierten Ausgangskomponenten, die Messung der Produktverteilungen durch Stoßwellenexperimente gekoppelt mit GC/MS sowie die Entwicklung der Reaktionsmechanismen beim DLR Stuttgart angesiedelt sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Dr. Marina Braun-Unkhoff; Dr. Mustapha Fikri; Dr. Clemens Naumann