Physikalische und chemische Eigenschaften von Verbrennungsaerosolen

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1 Physikalische und chemische Eigenschaften von Verbrennungsaerosolen
A. Petzold 1, M. Fiebig 1, C. Stein 1, L. Fritzsche 1 R. Hitzenberger 2, M. Gysel 3, S. Nyeki 3, and C. Wilson 4 1 Institut für Physik der Atmosphäre, DLR Oberpfaffenhofen, D 2 Institut für Experimentalphysik, Universität Wien, A 3 Labor für Atmosphärenchemie, Paul Scherrer Institut, Villigen, CH 4 QinetiQ, Centre for Aerospace Technology, Farnborough, UK Institut für Physik der Atmosphäre Beispiel: Schadstoffbildung in der Brennkammer Sekundäraerosol und Mischungszustand Die Nukleation volatiler Sekundär-partikel aus gasförmigen Vorläufern erfolgt im abkühlenden Abgas mit hoher zeitlicher Variabilität; Bildung von Sekundärpartikeln ist un-abhängig vom Verbrennungsprozess, hängt aber von der Probenahme ab; auch im Falle der Bildung volatiler Sekundärpartikel bleibt das Primär-aerosol intern gemischt, das volatile Sekundäraerosol wächst nicht in den Größenbereich des Primäraerosols ; Sekundärpartikel bleiben unter der Schwelle der Aktivierbarkeit. Verbrennungsprodukte im Abgas Treibstoff CnHm + S Wolkenkondensationskeime Aerosolpartikel können bei hoher Luftfeuchtigkeit durch Aufnahme von Wasser anwachsen; in wasserübersättigter Luft bilden Partikel oberhalb des Aktivierungsdurchmessers Tropfen; der Aktivierungsdurchmesser hängt von der chemischen Zusammensetzung der Partikel ab; 1 Luft N2 + O2 CO NOx H2O Partikel CO2 SO2 UHC 2 2 Emissionsindices (pro kg Kerosin) 1.25 kg 3.15 kg 14 g 12-16 g 0.8 g g 4 g 0.2-6 g 0.6 g 0.2-3 g 0.04 g g 1 3 3 Aerosole im Verbrennungsabgas Primäres Verbrennungsaerosol entsteht bei einer unvollständigen Verbrennung aus organischem und elementaren Kohlenstoff, ist bis zu T = 350°C thermisch stabil. TC = 70% EC + 30% OC Flüchtiges Sekundäraerosol bildet sich im abkühlenden Abgas hinter der Brennkammer aus gasförmigen Vor- läufersubstanzen, verdampft bei 125°C. H2SO4 / H2O + CnHmOx Aktivierbarkeit von realen Verbrennungsaerosolen:  besser als reine Graphitpartikel;  schlechter als H2SO4 / H2O Partikel;  schlechter als mit H2SO4 beschich tete Kohlenstoffpartikel; Aktivierungsdurchmesser für typische Wolkenübersättigungen < 1% liegt bei D  100 nm. Messinstrumentarium Intern gemischtes Verbrennungsaerosol, bestehend aus beschichteten Kohlenstoff- partikeln und flüchtigen Sekundärpartikeln. Mehrkanal - Kondensationskernzähler Partikelanzahl (Eigenentwicklung) Größenverteilung Differential Mobility Analyser (DMA) Größenverteilung + Thermodenuder Aerosoltyp (fest/flüchtig) (Eigenentwicklung) Mischung (intern/extern) Aerosol - Absorptionsphotometer Massenkonzentration des (Eigenentwicklung) schwarzen Kohlenstoffs Optische Partikelspektrometer Größenverteilung Tandem - DMA flüchtige Partikel- (im Aufbau, Kooperation mit PSI) komponente Wolkenkondensationskernzähler Anzahl der zu Wolken- (Kooperation mit Uni Wien) keimen aktivierbaren Partikel Partikelgrößenverteilung primäre Kohlenstoffpartikel sind überwiegend > 10 nm; sekundäre HsSO4 / H2O - Partikel sind deutlich kleiner als 10 nm; die primäre und die sekundäre Aerosolmode liegen in getrenn-ten Größenbereichen vor. Institut für Physik der Atmosphäre, DLR Oberpfaffenhofen Phone: / WWW: