Proste dodanie nanocząstek do paliwa węglowodorowego może znacząco zmienić charakterystykę jego spalania, odkryli naukowcy z Kanady. Domieszkując ciekły etanol drobnymi cząstkami tlenku grafenu w różnych warunkach, Sepehr Mosadegh i współpracownicy z University of British Columbia Okanagan Campus i Zentek w Thunder Bay Ontario wykazali, w jaki sposób dodatek może zwiększyć rozkład paliwa na małe kropelki cieczy. Ich odkrycie może pewnego dnia doprowadzić do ulepszenia paliw do silników lotniczych - czyniąc je zarówno bardziej ekologicznymi, jak i mocniejszymi.
W kilku ostatnich badaniach naukowcy zbadali, w jaki sposób można poprawić charakterystykę spalania paliw węglowodorowych poprzez dodanie nanocząstek. Teraz Mosadegh i współpracownicy badali, w jaki sposób nanocząsteczki zwiększają atomizację w paliwach płynnych. Atomizacja polega na tym, że ciecz tworzy maleńkie kropelki, które pozwalają na bardziej efektywne spalanie.
Wciąż jest wiele do nauczenia się o niektórych aspektach tego procesu, w tym o tempie, w jakim zachodzi atomizacja i jak atomizacja wpływa na szybkość spalania paliwa. Aby dokładniej zbadać efekt, zespół domieszkował czyste paliwo etanolowe trzema różnymi rodzajami nanocząstek tlenku grafenu - każda utleniona w różnym stopniu. Ponadto zespół zróżnicował warunki, w tym stężenie nanocząstek w paliwie; temperatura paliwa; oraz rozmiary nanocząstek.
Ultraszybka kamera
Dla każdego pomiaru naukowcy wykorzystali kombinację spektroskopii w podczerwieni i ultraszybkiej kamery, aby określić ilościowo, w jaki sposób te zmienne wpłynęły na jakość spalania. Szczególnie interesował ich pomiar opóźnienia zapłonu, czyli czasu między wtryskiem paliwa a rozpoczęciem spalania. Przyjrzeli się również szybkości spalania paliwa i prędkości, z jaką etanol był rozpylany.
Wpływ smug kondensacyjnych samolotów na klimat może potroić się do połowy stulecia
Dzięki swoim eksperymentom Mosadegh i współpracownicy odkryli, że szybkość spalania można zwiększyć poprzez zwiększenie stężenia nanocząstek do 0,1%, przy jednoczesnym użyciu zredukowanego tlenku grafenu jako domieszki. Zapewniło to najlepsze możliwe warunki do szybkiego transferu ciepła w etanolu: wywołując intensywną atomizację. W najlepszych przypadkach szybkość spalania paliwa może wzrosnąć nawet o 8,4%.
Wyniki te mogą mieć ważne implikacje dla wielu zastosowań, w których węglowodory wykorzystują jako źródło paliwa. W szczególności zespół Mosadegha proponuje, aby silniki lotnicze zasilane paliwami domieszkowanymi nanocząsteczkami mogły emitować mniejsze ilości węgla; jednocześnie stając się potężniejszym. Jeśli innowacja ta zostanie osiągnięta na skalę komercyjną, może stanowić kluczowy krok naprzód w pilnie potrzebnych wysiłkach na rzecz ograniczenia emisji dwutlenku węgla przez przemysł lotniczy.
Badania opisano w Combustion and Flame.
