Dieselmotoren en gasturbines onder hoge druk laten draaien om het vermogen en de efficiëntie te verhogen, is schadelijk voor het milieu. Brandstof verbranden onder hoge druk kan de geproduceerde roetdeeltjes aanzienlijk veranderen, William Roberts van het KAUST Clean Combustion Research Center en zijn team hebben dit aangetoond. Bestudering van de factoren die de roetvorming beïnvloeden, moet leiden tot nieuwe manieren om de roetuitstoot te beteugelen, zegt Hafiz Amin, eerste auteur van het artikel.

Roet is een belangrijke wereldwijde vervuiler, schadelijk zijn voor de menselijke gezondheid en de op één na grootste bijdrage aan de opwarming van de aarde, na koolstofdioxide. De complexe stof bestaat uit afzonderlijke nanodeeltjes die aan elkaar zijn gekoppeld in kettingachtige structuren die fractale aggregaten worden genoemd. Omdat het effect van roetdeeltjes op de menselijke gezondheid sterk afhankelijk is van de roetstructuur, het team was gemotiveerd om de vormingsprocessen te begrijpen. "De vorming van het roet is de sleutel tot het beheersen van de uitstoot, ", zegt Amin. Maar het effect dat verhoogde druk heeft op de roetproductie is niet goed begrepen. Roberts en zijn team ontwikkelden een efficiënte methode voor roetbemonstering die nieuwe inzichten geeft in roetvorming.

Het team ontwikkelde een manier om te samplen, bij drukken tot 10 atmosfeer, de roetdeeltjes geproduceerd in een laminaire vlam, een tegenstroomdiffusievlam genaamd. De tegenstroombrander produceert een horizontale, cirkelvormige vlam die stabiel en uniform is. "De tegenstroomvlam stelt ons in staat om de vloeistofdynamiek van de vlam te beheersen en vereist minder rekenkracht voor modellering, " legt Anthony Bennett uit, co-auteur van het papier en de huidige Ph.D. student in Roberts' team. De onderzoekers verzamelden roet van de vlam met behulp van een fijn met koolstof gecoat koperen gaas dat werd vastgehouden door een pneumatisch aangedreven robotarm die snel naar buiten schiet om een ​​roetmonster te verzamelen met minimale verstoring van de vlam.

Het team analyseerde hun roetmonsters met behulp van transmissie-elektronenmicroscopie en merkte op dat verhoogde druk de roetdeeltjesgrootte aanzienlijk deed toenemen. De gemiddelde deeltjesdiameter van 17,5 nanometer bij 3 atmosfeer druk steeg tot 47 nanometer bij 10 atmosfeer.

"Dit toont het belang aan van de invloed van druk op de roetuitstoot, ' zegt Bennet.

Nu ze een effectieve hogedruk-experimentopstelling en roetbemonsteringsprocedure hebben ontwikkeld, het team heeft nog veel meer experimenten gepland, zegt Amine. "We willen de onderzoeken uitbreiden tot een druk van 40 atmosfeer, die relevant is voor de werkdruk van gasturbines, " hij zegt.

Het team wil ook onderzoeken hoe verschillende brandstofchemie en verblijftijden de roetproductie bij verhoogde druk beïnvloeden. "Onze huidige experimentele faciliteiten bieden de controle om dergelijke onderzoeken uit te voeren, ' zegt Amine.