Kemiska reaktioner som producerar föroreningar i atmosfären, och kemin i bränsleförbränning inuti en fordonsmotor, har några slående likheter. För varje uppsättning reaktioner, syrets roll är nyckeln. Att studera syres del i förbränning och atmosfärisk kemi kan hjälpa forskare att förbättra båda motorerna och minska luftföroreningarna, KAUST -forskare har visat.

Flyktiga organiska föreningar (VOC) är gasformiga molekyler som släpps ut i luften från svansrören och rökstackar av fordon, fabriker och kraftverk, samt från levande växter. VOC genomgår en sekvens av autooxidationsreaktioner med syre från den omgivande luften för att bilda starkt syresatta molekyler som bidrar till luftföroreningar och producerar aerosoler som är kända för att påverka klimatet.

Autooxidation sker även vid antändning och förbränning av bränslen. Men att avslöja identiteten på molekylerna från dessa reaktioner har varit svårt, säger Zhandong Wang och Mani Sarathy från Clean Combustion Research Center, som ledde arbetet. "De högsyresatta intermediärerna som produceras från autooxidation är mycket reaktiva och sönderdelas snabbt, " säger Wang.

Så Wang, Sarathy och deras team utvecklade en avancerad experimentell uppsättning för att prova dessa svårfångade molekyler innan de sönderdelas. "Vi använde en sofistikerad teknik - en jet-omrörd reaktor kopplad med synkrotronstrålningsfotojonisering och molekylär strålmasspektrometri - vid Advanced Light Source i Berkeley, " säger Wang. Teamet använde också en högupplöst atmosfäriskt tryck kemisk joniseringsmasspektrometer vid Analytical Core Laboratory vid KAUST för att analysera förbränningsautooxidationsprodukter.

Nuvarande teoretiska modeller för förbränningskemi antar en, eller möjligen två, syremolekyler kan fästa vid en bränslemolekyl under autooxidation. Wang och Sarathys resultat visar att minst tre sekventiella syretillsatsreaktioner, och möjligen mer, kan ske. "Vårt viktigaste fynd är att autooxidationsprocesser som leder till självantändning är mycket mer komplexa än man tidigare trott, " säger Wang. "Vi har visat att många stora kolväten och syresatta bränslen uppvisar omfattande autooxidation, och när dessa vägar ingår i modeller, de förändrar simuleringsresultaten avsevärt."

Uppdatering av dessa modeller gör det möjligt för teamet att mer exakt simulera bränsleförbränning och potentiellt förbättra prestandan hos riktiga motorer. Men resultaten är bredare. "Vi arbetar med atmosfäriska forskare från Helsingfors universitet för att ytterligare utforska analoga autooxidationsprocesser i atmosfär och förbränning. Vårt mål är att använda vår förbränningsupplevelse för att utveckla modeller för atmosfärisk aerosolbildning via VOC-autooxidation. Detta kan avsevärt förbättra simuleringar för att förutsäga luftföroreningar och global temperatur."