Reacciones químicas que producen contaminantes en la atmósfera, y la química de la combustión de combustible dentro del motor de un vehículo, tienen algunas similitudes sorprendentes. Para cada conjunto de reacciones, El papel del oxígeno es clave. Estudiar la parte del oxígeno en la combustión y la química atmosférica podría ayudar a los científicos a mejorar ambos motores y reducir la contaminación del aire. Los investigadores de KAUST lo han demostrado.

Los compuestos orgánicos volátiles (COV) son moléculas gaseosas que se emiten al aire desde los tubos de escape y las chimeneas de los vehículos. fábricas y centrales eléctricas, así como de plantas vivas. Los COV se someten a una secuencia de reacciones de autooxidación con el oxígeno del aire circundante para formar moléculas altamente oxigenadas que contribuyen a la contaminación del aire y producen aerosoles que se sabe que afectan el clima.

La autooxidación también ocurre durante la ignición y combustión de combustibles. Pero revelar la identidad de las moléculas de estas reacciones ha sido difícil, dicen Zhandong Wang y Mani Sarathy del Centro de Investigación de Combustión Limpia, quien codirigió el trabajo. "Los intermedios altamente oxigenados producidos por la autooxidación son muy reactivos y se descomponen rápidamente, "Dice Wang.

Entonces Wang, Sarathy y su equipo desarrollaron una configuración experimental avanzada para muestrear estas elusivas moléculas antes de que se descompongan. "Utilizamos una técnica sofisticada, un reactor agitado por chorro junto con fotoionización de radiación sincrotrón y espectrometría de masas de haz molecular, en la fuente de luz avanzada en Berkeley, ", dice Wang. El equipo también utilizó un espectrómetro de masas de ionización química a presión atmosférica de alta resolución en el Laboratorio de Núcleo Analítico de KAUST para analizar los productos de autooxidación de la combustión.

Los modelos teóricos actuales de la química de la combustión asumen uno, o posiblemente dos, Las moléculas de oxígeno pueden unirse a una molécula de combustible durante la autooxidación. Los resultados de Wang y Sarathy muestran que al menos tres reacciones secuenciales de adición de oxígeno, y posiblemente más, puede tomar lugar. "Nuestro hallazgo más significativo es que los procesos de autooxidación que conducen a la autoignición son mucho más complejos de lo que se pensaba anteriormente. ", dice Wang." Hemos demostrado que muchos hidrocarburos grandes y combustibles oxigenados exhiben una extensa autooxidación, y cuando estas vías se incluyen en los modelos, alteran significativamente los resultados de la simulación ".

La actualización de estos modelos permitirá al equipo simular con mayor precisión la combustión de combustible y mejorar potencialmente el rendimiento de motores reales. Pero los hallazgos son de mayor alcance. "Estamos trabajando con los científicos atmosféricos de la Universidad de Helsinki para seguir explorando procesos de autooxidación análogos en la atmósfera y la combustión. Nuestro objetivo es utilizar nuestra experiencia de combustión para desarrollar modelos de formación de aerosoles atmosféricos a través de la autooxidación de COV. Esto podría mejorar significativamente simulaciones para predecir la contaminación del aire y la temperatura global ".