پژوهشگران موفق به کشف مکانیسم‌های شیمیایی کلیدی شده‌اند که ممکن است، منجر به ساخت سیستم‌های احتراقی پاک‌تر شود.

پژوهشگران آزمایشگاه ملی سندیا در ایالت نیومکزیکو آمریکا، برای اولین بار مکانیسم‌های شیمیایی کلیدی را کشف کرده‌اند که به دانسته‌های بنیادین در زمینه‌ی احتراق اطلاعات جدیدی می‌افزایند و ممکن است باعث ساخت سیستم‌های احتراقی پاک‌تری در آینده شوند.

مقاله‌های مرتبط:

• کربن دی‌اکسید به سوخت پاک اتانول تبدیل می‌شود؛ قدمی دیگر در راه سیاره‌ای پاک

• آئودی سوخت‌های پاک‌ترِ خود را با نام «e-Fuel» در موتورهای شیشه‌ای امتحان می‌کند

نیلس هانسن و کای موشامر، پژوهش‌های مختلفی در زمینه‌ی اکسایش هیدروکربن‌ها و دیگر سوخت‌های جایگزین انجام داده‌اند. آن‌ها واسطه‌های شیمیایی کلیدی را شناسایی کرده‌اند که با واکنش‌های اکسایش در دمای ۴۰۰ تا ۶۰۰ کلوین (۲۶۰ تا ۶۲۰ درجه فارنهایت) مرتبط بودند. خصوصیات شیمیایی واسطه‌ها و غلظت آن‌ها جزئیات جدیدی در مورد فرایندهای شیمیایی مربوط به فرایند خوداحتراق در اختیار پژوهشگران قرار داده است.

خوداحتراق، فرایند شیمیایی است که در آن مخلوط سوخت و هوا به خودی خود می‌سوزد. فرایند خوداحتراق معمولا به‌وسیله‌ی مجموعه‌ای از واکنش‌های زنجیره‌ای خود به خودی و تسریعی قابل توضیح است. این فرایند برای موتورهای احتراق جرقه‌ای اهمیت دارد. هانسن می‌گوید:

ما امروز می‌توانیم موتور درون‌سوزی را بدون دانستن جزئیات شیمیایی آن راه‌اندازی کنیم. با وجود این، دانسته‌های جدید، بینش تازه‌ای در مورد مدل‌های احتراقی جدید در اختیار ما قرار داده است. یافته‌ی جدید، در نهایت در آینده ساخت سیستم‌های احتراقی پاک‌تر و کارآمدتر را امکان‌پذیر می‌کند.

هانسن و موشامر از طیف‌سنج جرمی مبتنی بر پرتوهای مولکولی برای کشف ترکیبات واسطه‌ی شیمیایی استفاده کردند. هانسن می‌گوید:

در پرتوهای مولکولی، تمام مولکول‌ها به درون یک محیط خلأ کشیده می‌شوند و در یک جهت و با سرعت یکسان حرکت می‌کنند. وقتی ما مولکول‌ها را از هم جدا می‌کنیم، این امکان را داریم که آن‌ها را به واسطه‌ی وزنشان جدا کنیم و به همیت ترتیب، آرایش مولکولی آن‌ها را بسازیم.

استخراج اطلاعات مولکولی دقیق به‌طور مستقیم از مخلوط احتراقی یک کار دشوار و چالش‌برانگیز است؛ به‌ویژه به‌ دلیل نوسانات زیاد دما و غلظت کم واسطه‌های کلیدی مؤثر در این فرایند. هانسن توضیح می‌دهد:

حتی پس از چند دهه پژوهش در این زمینه، مولکول‌های فوق‌العاده اکسیده‌شده، هیچ‌گاه به این شکل دیده نشده بودند… این سینتیک-شیمیایی اساسی همچنین می‌تواند بر تشکیل ذرات معلق در هوا در ترپوسفر (پایین‌ترین لایه جو زمین) مرتبط به آب‌وهوا تأثیر بگذارد.

پل ونبرگ، استاد شیمی جوی و علوم و مهندسی محیط زیست در مؤسسه فناوری کالیفرنیا می‌گوید:

این پژوهش اطلاعات زیاد و بینش جدیدی در مورد فرایندهای اکسیداسیون مشخصا فرایند اکسیداسیون مولکول‌های آلی در جو فراهم کرده است… تأثیر نهایی این کشفیات در درک ما از خوداکسایش مرتبط به آلودگی هوا نامشخص است. ما می‌دانیم ذرات معلق در هوا یک تهدید برای بهداشت عمومی هستند؛ اما اینکه این ذرات چگونه در اثر خوداکسایش پدید می‌آیند و این ترکیبات تا چه زمانی در جو باقی می‌مانند، تا این زمان ناشناخته بوده است.

 استفاده از طیف‌سنجی جرمی برای شناسایی این واسطه‌ها تنها اولین گام در این پژوهش است. هانسن می‌گوید:

ما در آینده، نیاز به تکنیک‌های جدید تجربی و قابلیت‌هایی داریم که جداسازی یکنواخت ساختارهای مولکولی را امکان‌پذیر کنند. ما از تکنیک‌های طیف‌سنجی جرمی دوبُعدی و طیف‌سنجی مایکروویو برای یافتن ساختار دقیق مواد شیمیایی بهره خواهیم برد.