Der Verbrennung auf der Spur: Extrem reaktives Molekül entdeckt

13. Februar 2015, 14:56
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Forscher spüren erstmals ein zentrales Radikal auf und messen dessen Reaktivität gegenüber Sauerstoff

Duisburg - Vor vermutlich mehr als einer Million Jahren hat der Mensch das Feuer gezähmt, wirklich verstanden wird die Verbrennungsreaktion in chemischer Hinsicht aber immer noch nicht. Zu den Hauptakteuren in diesem Prozess zählen Radikale. Sie initiieren eine Verbrennung und halten sie aufrecht. Doch mit der Beobachtung dieser Moleküle tun sich Wissenschafter nicht leicht: Bei einer Verbrennung laufen tausende chemische Reaktionen nahezu gleichzeitig ab. In diesem Umfeld Radikale zu identifizieren, ist auch deshalb so schwierig, weil sie sehr schnell reagieren und dabei neue chemische Bindungen eingehen.

Nun haben Forscher erstmals eines dieser für die Verbrennung zentralen Moleküle aufgespürt und sozusagen dingfest gemacht. Die Wissenschafter rund um Oliver Welz von der Universität Duisburg-Essen können nun Verbrennungsprozesse besser vorhersagen. Die Entdeckung könnte darüber hinaus die Basis von saubereren und effizienteren Motoren bilden.

Obwohl viele Aspekte der Verbrennung bereits gut untersucht sind, existieren noch immer einige offene Fragen. Diese betreffen vor allem die Zündung und die chemischen Reaktionen, die darüber entscheiden, ob und wie schnell sich ein Brennstoff-Luft-Gemisch entzündet. "Dank der Vorarbeiten wussten wir bereits, dass Hydroperoxyalkyl-Radikale zentral im komplexen Netzwerk der Zündreaktionen sind", meint Welz.

Zusammen mit Kollegen an den Sandia National Laboratories in Livermore (USA) gelang ihm nun die Entdeckung eines solchen Radikals. "Diese Spezies ist normalerweise extrem reaktiv und kurzlebig. Entscheidend ist die Wahl des geeigneten Brennstoffmoleküls", so Welz. Die richtige Idee hatte der Sandia-Kollege John Savee. Er schlug vor, 1,3-Cycloheptadien zu verwenden, ein Ringmolekül mit sieben Kohlenstoffatomen.

Langlebiger als gedacht

Für die Überprüfung nutzte das Forscherteam ein Multiplex-Photoionisierungs-Massenspektrometer (MPIMS). Der direkte Nachweis des spektralen Fingerabdrucks gelang dann am Advanced Light Source-Synchrotron in Berkeley, USA, dank der intensiven durchstimmbaren Synchrotronstrahlung. Gestützt wurde diese Beobachtung durch quantenmechanische Rechnungen. Welz: "Interessant ist, dass das jetzt aufgespürte Radikal eine ungewöhnlich lange Lebensdauer hat und deutlich langsamer mit Sauerstoff reagiert als ursprünglich angenommen. Nun muss herausgefunden werden, wie sich dies auf die technische Weiterentwicklung von Verbrennungsprozessen auswirkt." (red, derStandard.at, 13.2.2015)

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