Al decenia, wetenschappers zijn erin geslaagd om brandstoffen in een vlam te verbranden zonder roet te veroorzaken, en ze denken te weten waarom. Ze hebben de cijfers gekraakt en experimenten uitgevoerd in hightech faciliteiten, maar er is maar één manier om zeker te zijn over de fundamentele relatie tussen vlammen en roet:

Ze moeten een vuur in de ruimte aansteken.

Daartoe, astronaut Christina Koch - momenteel aan boord van het International Space Station (ISS) en naar verwachting een record voor de langste ruimtevlucht door een vrouw - is begonnen met experimenten om een ​​vlam te ontsteken, observeer en bestudeer vervolgens de eigenschappen ervan. Als de experimenten laten zien wat Earthbound-onderzoekers verwachten, dit kan leiden tot een nieuwe, fundamenteel begrip van de eigenschappen van verbranding.

"We meten roet, evalueer de sterkte van de vlam, de straling die van de vlam komt en de gassamenstelling en temperaturen, zodat we ervoor kunnen zorgen dat onze voorspellingen correct zijn, " zei Richard Axelbaum, de Stifel &Quinette Jens hoogleraar Environmental Engineering Science aan de McKelvey School of Engineering aan de Washington University in St. Louis. Voor dit project, hij krijgt hulp van Peter Sunderland, een professor aan de Universiteit van Maryland.

Axelbaum is tevens directeur van het Consortium for Clean Coal Utilization, en er is één ding dat roet niet is:schoon.

"Roet, nummer een, is een vervuiler. Het kan ook kankerverwekkend zijn, dus we willen niet veel roet inademen, "Zei Axelbaum. "En het kan zonlicht absorberen en de planeet verwarmen." in feite, de op één na grootste bijdrage aan de opwarming van de aarde, naast kooldioxide.

Met voldoende zuurstof, bij verbranding komt de maximale hoeveelheid energie vrij die beschikbaar is uit de brandstof die wordt verbrand - het verbrandt efficiënt - en de bijproducten zijn alleen koolstofdioxide en water. Roet, wat een bijproduct is van onvolledige verbranding, ontstaat wanneer zuurstof niet beschikbaar is voor verbranding. Bijvoorbeeld, in een kaarsvlam, de zachtgele gloed komt van roetdeeltjes - geproduceerd in het binnenste van de vlam - die worden verwarmd tot hoge temperaturen

Teveel mensen, verbranding is het meest bekend als vuur, of het nu een kaars of een kampvuur is. De brandstof reageert in een atmosfeer die voornamelijk uit stikstof bestaat - de lucht die we inademen is ongeveer 78% stikstof, 21% zuurstof en kleine hoeveelheden van verschillende andere gassen. En de bekende gele gloed is een indicatie dat er roet wordt gevormd in deze vlammen.

"Maar als ik de stikstof uit de lucht haal en in de brandstof doe, je hebt nog steeds dezelfde stikstof-zuurstof-brandstofmix, "Axelbaum zei, "maar het verandert de vlamstructuur drastisch." Dezelfde ingrediënten in dezelfde verhoudingen, maar anders gemengd, onderdrukken de vorming van roet tijdens de verbranding volledig.

"We noemen dit vlamontwerp omdat je dezelfde ingrediënten gebruikt, maar, met een goed ontwerp, leveren omstandigheden op die intrinsiek nooit roet kunnen produceren.

"Tegelijkertijd, de vlam is sterker, waardoor het beter bestand is tegen lokaal blussen, wat zou leiden tot onvolledige verbranding en vervuiling, "Zei Axelbaum. "Dus dat zijn twee zeer goede resultaten van vlammenontwerp."

Dus waarom een ​​vuur in de ruimte aansteken?

Zolang mensen vuren aansteken, er zijn nog steeds onbeantwoorde vragen over de aard van verbranding. Voor een, er zijn concurrerende theorieën over waarom deze benadering van verbranding vlammen oplevert die geen roet kunnen produceren.

"Het is een fundamentele vraag, "Axelbaum zei, "en er zijn twee concurrerende theorieën om onze resultaten te interpreteren." Een theorie is dat het antwoord gerelateerd is aan het stromingsveld, specifiek de stroom van de gassen in de vlam. De andere theorie, gesteld door Axelbaum, is dat de roetonderdrukking gerelateerd is aan een intrinsieke eigenschap van de vlamstructuur, en niet gerelateerd aan vloeistofstroom. Als, dit kan belangrijke gevolgen hebben voor de manier waarop we roet in verbrandingsprocessen onderdrukken.

"Op aarde, als je een vlam hebt, zeg een kaars, de vlamvorm gaat altijd omhoog, "Zei Axelbaum. "Dat komt omdat de hete gassen in de vlam niet zo dicht zijn als de omringende gassen, en zo stijgen ze op, als een heteluchtballon. Dus, we kunnen deze stroom op aarde niet systematisch controleren."

In een microzwaartekrachtomgeving - een omgeving waar de effecten van de zwaartekracht aanzienlijk zwakker zijn dan op aarde - stroomt een vlam niet omhoog. In feite, de vlammen in het experiment van Axelbaum op het ISS vormen bollen.

Als roetvrije verbranding een functie is van het stromingsveld, dan in microzwaartekracht, hetzelfde mengsel van zuurstof en met stikstof doordrenkte brandstof zal roet veroorzaken. Maar als de onderdrukking van roet gerelateerd is aan eigenschappen die inherent zijn aan de vlamstructuur, onderzoekers zouden hetzelfde in de ruimte moeten zien - geen roet.

Onderzoekers zullen ook kunnen meten hoe lang de vlam duurt, wat aangeeft hoe sterk het is. Opnieuw, ze verwachten dat het sterker is dan een vlam die brandt met een mengsel van stikstof en zuurstof (lucht) vanwege de structuur van de vlam.

"We gaan de ruimte in om fundamenteel onderzoek te doen, om een ​​dieper begrip te krijgen van de verbrandingswetenschap, ' zei Axelbaum.

"We gaan naar de ruimte om een ​​gecontroleerde omgeving te krijgen die anders is dan wat je hier beneden hebt, " zei hij. "De kennis die we opdoen kan worden vertaald naar wat er op aarde gebeurt, om een ​​milieuvriendelijkere verbranding op te leveren."