Leitung: Dr. rer. nat. Markus Köhler
Die Abteilung „Chemische Analytik“ beschäftigt sich mit Fragestellungen in den Kernthemen (alternative) Brennstoffe, 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 enger Zusammenarbeit mit 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:
Ein Ziel ist die Einschätzung der Eignung von Brenn-, Kraft- und Treibstoffen (engl. „Fuels“) für bestimmte Sektoren. Ein essentieller Startpunkt ist die präzise Bestimmung der chemischen Zusammensetzung, die hier mittels zweidimensionaler gaschromatographischer Methoden (GCxGCMS) ermittelt wird. Flankiert durch die Bestimmung wichtiger physikalischer Größen bildet dies die Grundlage für die Bewertung neuartiger „Fuels“ 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 Konzentrationsprofile erlauben dabei systematische Rückschlüsse auf die ablaufenden chemischen Prozesse und ggf. auch auf die zu erwartenden Schadstoffe im Abgas. Ergänzend zur Analyse der Reaktionsnetzwerke wird mit Partnern des Paul Scherrer Instituts (PSI) sowie der Universität Duisburg-Essen die Reaktionschemie mittels Photoelektron-Photoion-Koinzidenz-Spektroskopie (PEPICO) in Flammen und Reaktoren an der Synchrotron Lichtquelle Schweiz (SLS) des PSI detailliert untersucht. Das innovative Experiment ermöglicht u.a. die Messung von (Brennstoff)radikalen und besticht durch eine überlegene Isomeren-Identifikation. Für die Überwachung von Abgasen (Feldmessungen, Prüfstände, Laborexperimente) kommen schließlich verschiedene instrumentelle Online-Verfahren zum Einsatz. Dabei stehen insbesondere die messtechnische Erfassung von Brandgasen (z.B. Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Stickoxide) und Partikeln im Vordergrund. Je nach Fragestellung können zeitliche Dynamiken von Prozessen sowie der Größenverteilung von Aerosolen zwischen 2,5 nm und 10 µm erfasst werden. Das Anwendungsfeld der Partikelmessung wurde kürzlich für den Einsatz der Luftqualität im innerstädtischen Raum mit Fokus auf Ultrafeinpartikel (UFP) erweitert. Zusammenfassend wird die Kette von der chemisch-analytischen Charakterisierung, der Untersuchung der Verbrennungschemie und schließlich der Erfassung von Abgasemissionen abgebildet und wissenschaftlich untersucht. Die Aktivitäten schaffen ein grundlegendes, systematisches Verständnis der Reduktion von Schadstofffreisetzungen bei Verbrennungsvorgängen (z.B. durch Substitution und Optimierung von Brennstoffen) im Kontext alternativer Kraft- und Treibstoffe. Weiterführende Informationen: