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Physikalische und chemische Eigenschaften von Verbrennungsaerosolen A. Petzold 1, M. Fiebig 1, C. Stein 1, L. Fritzsche 1 R. Hitzenberger 2, M. Gysel 3,

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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 Institut für Physik der Atmosphäre, DLR Oberpfaffenhofen Phone: / Beispiel: Schadstoffbildung in der Brennkammer Sekundäraerosol und Mischungszustand 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. H 2 SO 4 / H 2 O + C n H m O x Wolkenkondensationskeime Treibstoff C n H m + S H2OH2O CO 2 NO x SO 2 CO UHC Partikel Luft N 2 + O 2 Verbrennungsprodukte im Abgas Intern gemischtes Verbrennungsaerosol, bestehend aus beschichteten Kohlenstoff- partikeln und flüchtigen Sekundärpartikeln. Partikelgrößenverteilung primäre Kohlenstoffpartikel sind überwiegend > 10 nm; sekundäre H s SO 4 / H 2 O - Partikel sind deutlich kleiner als 10 nm; die primäre und die sekundäre Aerosolmode liegen in getrenn- ten Größenbereichen vor. Messinstrumentarium Mehrkanal - Kondensationskernzähler Partikelanzahl (Eigenentwicklung) Größenverteilung Differential Mobility Analyser (DMA) Größenverteilung + ThermodenuderAerosoltyp (fest/flüchtig) (Eigenentwicklung) Mischung (intern/extern) Aerosol - AbsorptionsphotometerMassenkonzentration des (Eigenentwicklung)schwarzen Kohlenstoffs Optische PartikelspektrometerGrößenverteilung Tandem - DMAflüchtige Partikel- (im Aufbau, Kooperation mit PSI)komponente WolkenkondensationskernzählerAnzahl der zu Wolken- (Kooperation mit Uni Wien) keimen aktivierbaren Partikel 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; Aktivierbarkeit von realen Verbrennungsaerosolen: besser als reine Graphitpartikel; schlechter als H 2 SO 4 / H 2 O Partikel; schlechter als mit H 2 SO 4 beschich- tete Kohlenstoffpartikel; Aktivierungsdurchmesser für typische Wolkenübersättigungen < 1% liegt bei D 100 nm 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. Emissionsindices (pro kg Kerosin) 0.04 g g 1.25 kg3.15 kg14 g g 0.8 g g 4 g g 0.6 g g


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