Leitung: Dr. rer. nat. Markus Köhler
Die Fachgruppe „Chemische Analytik“ beschäftigt sich mit Fragestellungen in den Kernthemen (alternative) Brenn- bzw. Treibstoffe, Schadstoffe, Abgasanalytik und Brennkammersysteme. Dabei werden reguläre Verfahren der modernen instrumentellen Analytik mit selbstentwickelten Methoden, wie z.B. der Molekularstrahl-Massenspektrometrie (MBMS), kombiniert und sowohl für wissenschaftliche als auch technische Herausforderungen angewendet. In ihrer Querschnittsfunktion zwischen den Abteilungen Chemische Kinetik, Mehrphasenströmung und Verbrennungsdiagnostik werden analytische Fragestellungen der Verbrennung von den Grundlagen bis zur technischen Applikation systematisch bearbeitet.
Die analytischen Aufgaben umfassen interdisziplinäre Gebiete mit Fokus auf:
Zur Einschätzung der Eignung von Brenn- und Treibstoffen für bestimmte Einsatzzwecke stehen u.a. gaschromatographische Methoden gekoppelt mit Massenspektrometrie zur Verfügung. Hiermit lässt sich die chemische Zusammensetzung präzise bestimmen. Flankiert durch die Bestimmung wichtiger physikalischer Größen bildet dies die Grundlage für die Bewertung neuartiger Brennstoffe hinsichtlich ihrer potentiellen Einsatzmöglichkeiten. Die grundlegenden Abläufe bei der Verbrennung eines Stoffes oder einzelner ausgewählter Komponenten können darüber hinaus in einem Hochtemperatur-Strömungsrohrreaktor unter hochdefinierten, individuellen Randbedingungen untersucht werden. Die dabei auftretenden Zwischenprodukte sind mittels Molekularstrahl-Massenspektrometrie umfassend bestimmbar. Die Speziesprofile erlauben dabei systematische Rückschlüsse auf die ablaufenden chemischen Prozesse und ggf. auch auf die zu erwartenden Schadstoffe im Abgas.
Ergänzend hierzu gelang es 2013 in Kooperation mit Partnern aus der Schweiz sowie der Universität Duisburg-Essen ein Pionierexperiment im Hinblick auf die Charakterisierung der Reaktionschemie mittels Photoelektronen-Photoionen-Koinzidenz-Spektroskopie (PEPICO) in Flammen an der Synchrotron Lichtquelle Schweiz (SLS) des Paul Scherrer Instituts zu entwickeln.
Für die Überwachung von Abgaskomponenten (Feldmessungen, Prüfstände, Reaktor) kommen schließlich verschiedene Online-Verfahren zum Einsatz. Dabei stehen insbesondere die Messung von Brandgasen (z.B. Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Stickoxide) und auch partikulärer Emissionen im Vordergrund. Hinsichtlich der luftgetragenen Partikel stehen Methoden zur Bestimmung der Dynamik von Prozessen sowie der Größenverteilung von Aerosolen zwischen 2,5 nm und 10 µm zur Verfügung.
Insgesamt dienen die Aktivitäten der Fachgruppe der Reduktion von Schadstofffreisetzungen bei Verbrennungsvorgängen (z.B. durch Substitution und Optimierung von Brennstoffen). Die Aufstellung der Fachgruppe erlaubt dabei die analytische Begleitung der Kernthemen des Instituts beginnend bei der Treibstoffcharakterisierung über grundlegende Reaktionsabläufe bis hin zu den resultierenden realen Emissionen technischer Verbrennungskraftmaschinen.
Weiterführende Informationen: