Les particules de suie forment des structures complexes en forme de chaîne appelées agrégats fractals. Crédit :Hafiz Amin
Faire fonctionner des moteurs diesel et des turbines à gaz à haute pression pour augmenter la puissance et l'efficacité est nocif pour l'environnement. Brûler du carburant à haute pression peut modifier considérablement les particules de suie qui sont produites, William Roberts du KAUST Clean Combustion Research Center et son équipe l'ont montré. L'étude des facteurs affectant la formation de suie devrait conduire à de nouvelles façons de réduire les émissions de suie, dit Hafiz Amin, premier auteur de l'article.
La suie est un polluant mondial majeur, nocif pour la santé humaine et le deuxième plus gros contributeur au réchauffement climatique après le dioxyde de carbone. La substance complexe comprend des nanoparticules individuelles qui sont liées entre elles dans des structures en forme de chaîne appelées agrégats fractals. Étant donné que l'effet des particules de suie sur la santé humaine dépend fortement de la structure de la suie, l'équipe était motivée pour comprendre les processus de formation. « La formation de la suie est la clé de la maîtrise de ses émissions, " dit Amin. Mais l'effet d'une pression élevée sur la production de suie n'est pas bien compris. Roberts et son équipe ont développé une méthode efficace pour l'échantillonnage de la suie qui fournit de nouvelles informations sur la formation de la suie.
L'équipe a développé un moyen d'échantillonner, à des pressions allant jusqu'à 10 atmosphères, les particules de suie produites dans une flamme laminaire appelée flamme de diffusion à contre-courant. Le brûleur à contre-courant produit un flamme de forme circulaire stable et uniforme. "La flamme à contre-courant nous permet de contrôler la dynamique des fluides de la flamme et nécessite moins de puissance de calcul pour la modélisation, " explique Anthony Bennett, co-auteur de l'article et actuel doctorat. étudiant dans l'équipe de Roberts. Les chercheurs ont collecté la suie de la flamme à l'aide d'un fin treillis de cuivre recouvert de carbone maintenu par un bras robotique pneumatique qui jaillit rapidement pour collecter un échantillon de suie avec une perturbation minimale de la flamme.
Bill Roberts (à droite) et Anthony Bennet avec le récipient sous pression que le groupe a utilisé pour effectuer les expériences. Crédit :KAUST
L'équipe a analysé leurs échantillons de suie à l'aide de la microscopie électronique à transmission et a observé qu'une pression élevée augmentait considérablement la taille des particules de suie. Le diamètre moyen des particules de 17,5 nanomètres à 3 atmosphères de pression est passé à 47 nanomètres à 10 atmosphères.
"Cela montre l'importance de l'influence de la pression sur les émissions de suies, " dit Bennet.
Maintenant qu'ils ont mis au point une installation expérimentale à haute pression efficace et une procédure d'échantillonnage de la suie, l'équipe a prévu de nombreuses autres expériences, dit Amine. "Nous souhaitons étendre les investigations à une pression de 40 atmosphères, qui est pertinent pour la pression de fonctionnement des turbines à gaz, " il dit.
L'équipe aimerait également étudier comment la chimie du carburant et les temps de séjour différents influencent la production de suie à pression élevée. "Nos installations expérimentales actuelles fournissent le contrôle pour effectuer de telles investigations, " dit Amine.
