Novos insights sobre como entender e, em última análise, controlar a química do comportamento de ignição e formação de poluentes foram descobertos em pesquisas conduzidas pelo Sandia National Laboratories. A descoberta acabará por levar a produtos mais limpos, motores de combustão interna mais eficientes.

"Nossas descobertas permitirão o projeto de novos combustíveis e estratégias de combustão aprimoradas, "disse Nils Hansen, Sandia pesquisadora e autora principal da pesquisa. "Tornar a combustão mais limpa e eficiente terá um impacto enorme, reduzindo o uso de energia em todo o mundo. "

O trabalho, que se concentra na ciência química de medições de chama de baixa pressão, é apresentado no Procedimentos do Instituto de Combustão e foi selecionado como um artigo de destaque em Reaction Kinetics para o 37th International Symposium on Combustion. Autores incluem Hansen, Xiaoyu He, a ex-estagiária da Sandia Rachel Griggs e a ex-indicada ao pós-doutorado da Sandia Kai Moshammer, que está agora no Physikalisch-Technische Bundesanstalt na Alemanha. A pesquisa foi financiada pelo Escritório de Ciência do Departamento de Energia.

Criação de um enorme conjunto de dados de chamas e combustíveis

A equipe combinou o resultado de medições cuidadosamente controladas em uma ampla gama de combustíveis em um único conjunto de dados categorizado e anotado. Correlações entre as 55 chamas individuais envolvendo 30 combustíveis diferentes foram então usadas para reduzir a incerteza, identificar dados inconsistentes e desvendar os efeitos da estrutura do combustível nas vias de combustão química que levam a poluentes prejudiciais. Uma análise inicial considerou as relações entre as concentrações máximas de intermediários químicos que desempenham um papel no crescimento do peso molecular e eventual formação de fuligem.

Hansen disse isso, ao seu conhecimento, esta é a primeira vez que pesquisadores olham para essas possibilidades. Ao identificar inconsistências, os novos métodos, em última análise, devem levar a melhores modelos para compreender a combustão. Tipicamente, experimentos bem controlados ajudam a validar modelos de computador para entender o processo de combustão e desenvolver novas estratégias de combustão.

Os dados de chamas pré-misturadas de baixa pressão são normalmente usados ​​para validar os mecanismos cinéticos químicos na combustão. Esses mecanismos detalhados fornecem a base para a compreensão da formação de poluentes e a previsão do comportamento para aplicações de combustão.

Historicamente, artigos de pesquisa relataram dados de uma única chama ou algumas chamas, junto com um novo mecanismo para um combustível específico. Contudo, a abordagem pioneira pela equipe de Hansen abre caminho para medir um grande número de chamas e publicar vários mecanismos que geralmente não são validados com outros dados e mecanismos.

Hansen compara a descoberta ao desenterramento de um antigo artefato. Muito poucas conclusões podem ser tiradas de um único artefato. Contudo, juntar milhares de artefatos semelhantes cria um quadro histórico mais completo.

"Nosso trabalho revela informações normalmente ocultas no conjunto de dados de chama de baixa pressão, "Hansen disse." Por exemplo, alvos úteis para validação de modelo podem ser obtidos a partir de um banco de dados com mais de 30, 000 pontos de dados. "

Analisando chamas

Depois de analisar as chamas, pesquisadores descobriram que propriedades correlacionadas fornecem novos alvos de validação acessíveis apenas ao examinar as estruturas químicas de um amplo conjunto de chamas de baixa pressão.

Hansen disse que os abrangentes modelos químico-cinéticos para sistemas de combustão são cada vez mais usados ​​como base para modelos de engenharia que prevêem o desempenho do combustível e as emissões para o projeto do combustor. Esses modelos são frequentemente ambíguos devido ao grande conjunto de parâmetros usados ​​para informar o modelo, mas baseado em síncrotron, medição de espectrometria de massa de ionização de fóton único, foi pioneira no programa de Física Química da Fase de Gás do DOE, criou uma onda sem precedentes de dados químicos detalhados.

Benefícios de longo prazo

O trabalho eventualmente ajudará a montar mecanismos químicos mais precisos para descrever os processos de combustão, Hansen disse.

"Nosso objetivo é compreender melhor e, em última análise, controlar a química do comportamento de ignição e formação de poluentes, "disse ele." Posteriormente, isso levará a motores de combustão interna limpos e eficientes. "

Hansen disse que as descobertas de sua equipe abrem um caminho inteiramente novo para a pesquisa no Centro de Pesquisa em Combustão de Sandia.

"A aplicação de ferramentas de ciência de dados e aprendizado de máquina extrai ainda mais informações de grandes conjuntos de dados, "disse ele." Nosso trabalho abriu as portas para mostrar que a ciência de dados pode ser aplicada à pesquisa de combustão. "