Untersuchungen zur Rolle der NCN- und HNO-Reaktionen bei der NOx-Bildung in Verbrennungsprozessen

• Antragsteller: Professor Dr. Gernot Friedrichs
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 134123282

Sowohl das NCN-Radikal als auch HNO stellen wichtige Intermediate zur Beschreibung der Stickoxidbildung (NOx) in Verbrennungsprozessen dar. Zur Optimierung von Techniken zur Schadstoffreduktion ist die Kenntnis detaillierter Reaktionsmechanismen notwendig, die die sehr komplexe und durch Radikalreaktionen dominierte Verbrennungschemie richtig beschreiben. In den letzten Jahren hat sich herausgestellt, dass insbesondere die über NCN führenden Reaktionswege zum sogenannten prompt-NO in solchen Flammenmechanismen nur unzureichend abgebildet werden.Während der ersten Antragsperiode des Projektes ist es erstmals gelungen, direkt die Geschwindigkeitskonstanten einiger NCN-Radikalreaktionen zu messen. Aufbauend auf diesen Ergebnissen sollen gezielt weitere bimolekulare NCN-Reaktionen untersucht werden, die für eine komplette Beschreibung der NCN-Chemie in Flammen wichtig sind. Dazu ist es notwendig, mit laserspektroskopischen Absorptionsmessungen Konzentrations-Zeit-Profile zahlreicher Spezies (NCN, OH, CN, HCN, CH, N) aufzunehmen. Unter anderem muss dazu ein neues Mid-IR-Detektionssystem für die Anwendung an der Stoßwellenapparatur entwickelt werden. In Kombination mit zusätzlichen Messungen zur Bildungsenthalpie und zum Hochtemperatur-Absorptionskoeffizienten des NCN-Radikals wird es möglich sein, einen komplett auf experimentellen Daten basierenden NCN-Mechanismus zu erstellen. Dieser soll anhand von Messungen und Modellierungen komplexer Reaktionssysteme getestet und dann in Flammenmechanismen implementiert werden. Ein Vergleich mit Flammenmessungen wird zeigen, ob das Ziel, die prompt-NO-Bildung in Flammen besser zu verstehen und auch Modellieren zu können, erreicht ist. Während der ersten Antragsperiode ist es erstmals gelungen, HNO hinter Stoßwellen nachzuweisen. Mit einem optimierten frequenzmodulierten HNO-Nachweisschema ist es geplant, ausgewählte Reaktionen wie HNO + O2, H und OH dieser schwer zu fassenden und ebenfalls direkt an der NO-Bildung beteiligten Spezies zu untersuchen. Ziel ist es, auch für HNO eine bisher nicht vorhandene experimentelle Basis für eine zuverlässigere Modellierung von NOx-bildenden Prozessen einschließlich der Brennstoff-N-Konversion zu schaffen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen