Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Verbrennungsforscher erfolgreich gegen umweltschädliches Lachgas

29.10.2010
Zehn Jahre lang wurde an der Entwicklung eines „Scheibenlasers“ gearbeitet. Gestern ging im Bremer Fallturm der Universität die erste Versuchsreihe mit bahnbrechenden Ergebnissen zu Ende.

Zum ersten Mal wurde die Selbstzündung einzelner Brennstofftropfen mittels aufwändiger Laserdiagnostik untersucht. Aus der unerwarteten Detailschärfe der neu gewonnen Informationen lassen sich nach Meinung der Verbrennungsforscher technische Strategien entwickeln, die die Entstehung von klimarelevanten Emissionen während eines Verbrennungsprozesses drastisch reduzieren können.

Als „Meilenstein in der Verbrennungsforschung unter Schwerelosigkeit“ feiern die Wissenschaftler des Zentrums für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM) in Bremen zusammen mit ihren Partnern des Instituts für Photonische Technologien aus Jena und dem Institut für Strahlwerkzeuge der Universität Stuttgart das Ende der ersten Versuchskampagne am Bremer Fallturm.

„Jetzt können wir viel besser als bisher die Prozesse, die während der Zündung eines Tropfens in heißer Umgebung ablaufen, erkennen und beschreiben. Diese Informationen sind überaus hilfreich, um die Zündung von Brennstoffsprays verstehen zu können. Hiervon wird die Entwicklung besonders schadstoffarmer Verbrennungsprozesse in Motoren, Kraftwerks- und Flugzeug-Gasturbinen schon in naher Zukunft erheblich profitieren“, sagt Christian Eigenbrod, Leiter des Forschungsbereiches Verbrennungstechnik des ZARM.

Worum geht es im Detail? Unter Einsatz der neuen Lasergeneration liefern die Fallturmexperimente äußerst detaillierte Antworten auf die für die Forscher essentiellen Fragen: Wie verdampft der Tropfen? Wie, wann und wo kommt es in der Umgebung des Tropfens zu Vorreaktionen, bei denen sich Formaldehyd bildet? Wann und warum führen diese Vorreaktionen zur Entzündung einer sichtbaren Flamme?

Diese Informationen werden benötigt, um in Zukunft Verbrennungsmaschinen derart auslegen zu können, dass die Selbstzündung erst dann erfolgt, wenn das Brennstoffspray sowohl vollständig verdampft als auch gleichmäßig mit der in einem Brennraum vorhandenen Luft durchmischt ist. Das ist eine große technische Herausforderung, aber die entscheidende Voraussetzung für eine Verbrennung mit den geringsten Emissionen gesundheitsschädlicher und klimarelevanter Stickoxide wie Stickstoffmonoxid, Stickstoffdioxid und Lachgas. Letzteres ist der Stoff, der den größten Anteil aller Verbrennungsprodukte zum Treibhauseffekt liefert. Zwar ist sein Mengenanteil im Vergleich zu Kohlendioxid sehr klein, sein Treibhauspotenzial aber rund 20 Mal höher als das von CO2.

„CO2 macht mit rund 80% den mit Abstand größten Teil der schädlichen Verbrennungsgase aus, aber am Treibhauseffekt ist Lachgas, das bei ungenügend vorgemischter Verbrennung entsteht, zu annähernd 90% verantwortlich. Im Gegensatz zu CO2 ist die Bildung von Lachgas aber relativ leicht zu vermeiden. Wir brauchen diese Experimentergebnisse daher dringend, um eine verlässliche Modellierung der Sprayzündung durchführen zu können und daraus technische Strategien entwickeln zu können“, so Christian Eigenbrod über die Bedeutung der Ergebnisse der ersten erfolgreichen Versuche.

Die neue Lasergeneration

In der Vergangenheit wurde versucht, diese Ergebnisse mittels tonnenschwerer Laser zu erzielen, deren Licht von außen in die fallende Versuchskapsel eingespiegelt wurde. Diesen Laserstrahl auf ein winziges Objekt, wie einen Tropfen, zu richten, der sich mit einer Geschwindigkeit von bis zu 170 km/h und bis einer Entfernung von 120 m vom Laser weg bewegt, war nur bedingt gelungen. Nach annähernd zehn Jahren Entwicklungszeit konnte der mit Mitteln des Bundes, vergeben durch die Raumfahrtagentur des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), entwickelte Scheibenlaser nun erstmalig im Fallversuch angewendet werden. Es ist gelungen, den Laser soweit zu verkleinern, dass er in die Fallkapsel passt und mit dem Experiment in die Tiefe stürzt. Dabei ist die Qualität des Laserlichtes auch noch um ein Vielfaches verbessert und die Detailschärfe der Informationen wesentlich vergrößert worden.

Trotz der reduzierten Größe des Lasers war die Konstruktion einer Spezialkapsel erforderlich: mit mehr als vier Metern Länge und rund 650 kg Gewicht ist sie die bisher größte und schwerste Fallkapsel, die je im Fallturm Bremen gefallen ist. Die Fallturm-Betriebsgesellschaft musste sogar ihre Abbremsvorrichtung umkonstruieren, um am Ende des Versuches auch die fast anderthalbmal größere kinetische Energie der fallenden Kapsel sicher kompensieren zu können. Besonders erfreulich und nicht unbedingt erwartet ist auch die Tatsache, dass der Laser nach der Landung in dem mit kleinen Styroporkügelchen gefüllten Auffangbehälter keinerlei Nachjustierung bedurfte. Das äußerst komplizierte optische System übersteht die Abbremsung mit mehr als dem 40-fachen der Erdbeschleunigung ohne jede Beschädigung. Jetzt hoffen die Forscher bereits auf den nächsten Schritt: die Weiterentwicklung dieses Diagnose-Systems für die Anwendung auf der Internationalen Raumstation.

Weitere Informationen:

Universität Bremen
Fachbereich Produktionstechnik
Zentrums für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM)
Christian Eigenbrod
Tel. 0421 218 4801
E-Mail: Christian.Eigenbrod@zarm.uni-bremen.de
Allgemeine Presseanfragen:
Birgit Kinkeldey
Tel. 0421 218 4801
E-Mail: Birgit.Kinkeldey@zarm.uni-bremen.de

Eberhard Scholz | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-bremen.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Maschinenbau:

nachricht Aufwind für die Luftfahrt: University of Twente entwickelt leistungsstarke Verbindungsmethode
23.01.2017 | University of Twente

nachricht Satellitengestützte Lasermesstechnik gegen den Klimawandel
17.01.2017 | Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Maschinenbau >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

An Bord einer Höhenforschungsrakete wurde erstmals im Weltraum eine Wolke ultrakalter Atome erzeugt. Damit gelang der MAIUS-Mission der Nachweis, dass quantenoptische Sensoren auch in rauen Umgebungen wie dem Weltraum eingesetzt werden können – eine Voraussetzung, um fundamentale Fragen der Wissenschaft beantworten zu können und ein Innovationstreiber für alltägliche Anwendungen.

Gemäß dem Einstein’schen Äquivalenzprinzip werden alle Körper, unabhängig von ihren sonstigen Eigenschaften, gleich stark durch die Gravitationskraft...

Im Focus: Quantum optical sensor for the first time tested in space – with a laser system from Berlin

For the first time ever, a cloud of ultra-cold atoms has been successfully created in space on board of a sounding rocket. The MAIUS mission demonstrates that quantum optical sensors can be operated even in harsh environments like space – a prerequi-site for finding answers to the most challenging questions of fundamental physics and an important innovation driver for everyday applications.

According to Albert Einstein's Equivalence Principle, all bodies are accelerated at the same rate by the Earth's gravity, regardless of their properties. This...

Im Focus: Mikrobe des Jahres 2017: Halobacterium salinarum - einzellige Urform des Sehens

Am 24. Januar 1917 stach Heinrich Klebahn mit einer Nadel in den verfärbten Belag eines gesalzenen Seefischs, übertrug ihn auf festen Nährboden – und entdeckte einige Wochen später rote Kolonien eines "Salzbakteriums". Heute heißt es Halobacterium salinarum und ist genau 100 Jahre später Mikrobe des Jahres 2017, gekürt von der Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM). Halobacterium salinarum zählt zu den Archaeen, dem Reich von Mikroben, die zwar Bakterien ähneln, aber tatsächlich enger verwandt mit Pflanzen und Tieren sind.

Rot und salzig
Archaeen sind häufig an außergewöhnliche Lebensräume angepasst, beispielsweise heiße Quellen, extrem saure Gewässer oder – wie H. salinarum – an...

Im Focus: Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide

Neuartige Biofasern aus einem Seidenprotein der Florfliege werden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP gemeinsam mit der Firma AMSilk GmbH entwickelt. Die Forscher arbeiten daran, das Protein in großen Mengen biotechnologisch herzustellen. Als hochgradig biegesteife Faser soll das Material künftig zum Beispiel in Leichtbaukunststoffen für die Verkehrstechnik eingesetzt werden. Im Bereich Medizintechnik sind beispielsweise biokompatible Seidenbeschichtungen von Implantaten denkbar. Ein erstes Materialmuster präsentiert das Fraunhofer IAP auf der Internationalen Grünen Woche in Berlin vom 20.1. bis 29.1.2017 in Halle 4.2 am Stand 212.

Zum Schutz des Nachwuchses vor bodennahen Fressfeinden lagern Florfliegen ihre Eier auf der Unterseite von Blättern ab – auf der Spitze von stabilen seidenen...

Im Focus: Verkehrsstau im Nichts

Konstanzer Physiker verbuchen neue Erfolge bei der Vermessung des Quanten-Vakuums

An der Universität Konstanz ist ein weiterer bedeutender Schritt hin zu einem völlig neuen experimentellen Zugang zur Quantenphysik gelungen. Das Team um Prof....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Hybride Eisschutzsysteme – Lösungen für eine sichere und nachhaltige Luftfahrt

23.01.2017 | Veranstaltungen

Mittelstand 4.0 – Mehrwerte durch Digitalisierung: Hintergründe, Beispiele, Lösungen

20.01.2017 | Veranstaltungen

Nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft Osteuropas und Zentralasiens

19.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Wie der Nordatlantik zum Wärmepirat wurde

23.01.2017 | Geowissenschaften

Immunabwehr ohne Kollateralschaden

23.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

23.01.2017 | Physik Astronomie