Chemische reacties die verontreinigende stoffen in de atmosfeer produceren, en de chemie van brandstofverbranding in een voertuigmotor, hebben enkele opvallende overeenkomsten. Voor elke reeks reacties, de rol van zuurstof is de sleutel. Het bestuderen van de rol van zuurstof in verbranding en atmosferische chemie kan wetenschappers helpen beide motoren te verbeteren en luchtvervuiling te verminderen, KAUST-onderzoekers hebben aangetoond.

Vluchtige organische stoffen (VOS) zijn gasvormige moleculen die via de uitlaatpijpen en schoorsteenpijpen van voertuigen in de lucht worden uitgestoten. fabrieken en elektriciteitscentrales, maar ook van levende planten. VOS ondergaan een reeks auto-oxidatiereacties met zuurstof uit de omringende lucht om zeer zuurstofrijke moleculen te vormen die bijdragen aan luchtvervuiling en aerosolen produceren waarvan bekend is dat ze het klimaat beïnvloeden.

Auto-oxidatie treedt ook op tijdens de ontsteking en verbranding van brandstoffen. Maar het was moeilijk om de identiteit van de moleculen uit deze reacties te onthullen, zeggen Zhandong Wang en Mani Sarathy van het Clean Combustion Research Center, die het werk mede leidde. "De sterk geoxygeneerde tussenproducten die door auto-oxidatie worden geproduceerd, zijn zeer reactief en ontleden snel, "zegt Wang.

Dus Wang, Sarathy en hun team ontwikkelden een geavanceerde experimentele opstelling om deze ongrijpbare moleculen te bemonsteren voordat ze ontleden. "We gebruikten een geavanceerde techniek - een jet-geroerde reactor gekoppeld aan synchrotronstraling foto-ionisatie en moleculaire bundel massaspectrometrie - bij de Advanced Light Source in Berkeley, ", zegt Wang. Het team gebruikte ook een atmosferische-druk chemische-ionisatiemassaspectrometer met hoge resolutie in het Analytical Core Laboratory van KAUST om auto-oxidatieproducten bij verbranding te analyseren.

De huidige theoretische modellen van verbrandingschemie gaan ervan uit dat of mogelijk twee, zuurstofmoleculen kunnen zich tijdens auto-oxidatie aan een brandstofmolecuul hechten. De resultaten van Wang en Sarathy laten zien dat ten minste drie opeenvolgende zuurstofadditiereacties, en mogelijk nog meer, kan plaatsvinden. "Onze belangrijkste bevinding is dat auto-oxidatieprocessen die leiden tot zelfontbranding veel complexer zijn dan eerder werd gedacht, ", zegt Wang. "We hebben aangetoond dat veel grote koolwaterstof- en zuurstofhoudende brandstoffen uitgebreide auto-oxidatie vertonen, en wanneer deze trajecten worden opgenomen in modellen, ze veranderen de simulatieresultaten aanzienlijk."

Door deze modellen bij te werken, kan het team de verbranding van brandstof nauwkeuriger simuleren en mogelijk de prestaties van echte motoren verbeteren. Maar de bevindingen zijn breder. "We werken samen met de atmosferische wetenschappers van de Universiteit van Helsinki om analoge auto-oxidatieprocessen in atmosfeer en verbranding verder te onderzoeken. Ons doel is om onze verbrandingservaring te gebruiken om modellen te ontwikkelen voor atmosferische aërosolvorming via VOS-auto-oxidatie. Dit zou aanzienlijk kunnen verbeteren simulaties om luchtvervuiling en mondiale temperatuur te voorspellen."