Bahnbrechende Erkenntnisse im Hinblick auf die Entwicklung von schadstoffarmen Verbrennungsprozessen hat eine Versuchsreihe im Fallturm der Universität Bremen erbracht: Zum ersten Mal haben dabei Wissenschaftler des Zentrums für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM) zusammen mit ihren Partnern des Instituts für Photonische Technologien aus Jena und dem Institut für Strahlwerkzeuge der Universität Stuttgart mit Hilfe einer aufwändigen Laserdiagnostik die Selbstzündung einzelner Brennstofftropfen untersucht. Dank der überraschenden Detailschärfe der neu gewonnen Informationen lassen sich nach Meinung der Verbrennungsforscher technische Strategien entwickeln, die die Entstehung von klimaschädlichen Emissionen während eines Verbrennungsprozesses drastisch reduzieren können.

Es darf also durchaus von einem Meilenstein in der Verbrennungsforschung unter Schwerelosigkeit gesprochen werden. „Jetzt können wir viel besser als bisher die Prozesse, die während der Zündung eines Tropfens in heißer Umgebung ablaufen, erkennen und beschreiben. Diese Informationen sind überaus hilfreich, um die Zündung von Brennstoffsprays verstehen zu können. Hiervon wird die Entwicklung besonders schadstoffarmer Verbrennungsprozesse in Motoren, Kraftwerks- und Flugzeug-Gasturbinen schon in naher Zukunft erheblich profitieren“, sagt Christian Eigenbrod, Leiter des Forschungsbereiches Verbrennungstechnik des ZARM.

So liefern die Fallturmexperimente äußerst detaillierte Antworten auf die für die Forscher essentiellen Fragen: Wie verdampft der Tropfen? Wie, wann und wo kommt es in der Umgebung des Tropfens zu Vorreaktionen, bei denen sich Formaldehyd bildet? Wann und warum führen diese Vorreaktionen zur Entzündung einer sichtbaren Flamme? Diese Informationen werden benötigt, um in Zukunft Verbrennungsmaschinen so auslegen zu können, dass die Selbstzündung erst dann erfolgt, wenn das Brennstoffspray  vollständig verdampft und gleichmäßig mit der in einem Brennraum vorhandenen Luft durchmischt ist. Das ist eine große technische Herausforderung, aber eben auch die entscheidende Voraussetzung für eine Verbrennung mit den geringsten Emissionen gesundheitsschädlicher und klimarelevanter Stickoxide wie Stickstoffmonoxid, Stickstoffdioxid und Lachgas. Letzteres ist der Stoff, der den größten Anteil aller Verbrennungsprodukte zum Treibhauseffekt liefert. Zwar ist sein Mengenanteil im Vergleich zu Kohlendioxid sehr klein, sein Treibhauspotenzial aber rund 20 Mal höher als das von CO2.
Jetzt hoffen die Forscher bereits auf den nächsten Schritt: die Weiterentwicklung dieses Diagnose-Systems für die Anwendung auf der Internationalen Raumstation.
Mehr Informationen gibt es auf der Website des ZARM.