05.11.2021 - University of British Columbia (UBC)

Flugzeuge können durch dotierte Kraftstoffe leistungsfähiger und umweltfreundlicher werden

Forscher kochen Flugzeugtreibstoff mit Graphen-Nanomaterialien

Das Ziel, einen saubereren Treibstoff für Flugzeugtriebwerke zu entwickeln, hat an der UBC Okanagan einen Funken ausgelöst.

Ein Forscherteam, das die Verbrennungsgeschwindigkeit von Nanomaterialien in flüssigen Kraftstoffen untersucht, glaubt, ein Rezept für einen sauberen, leistungssteigernden Flugzeugtreibstoff gefunden zu haben. Das Projekt ist eine Zusammenarbeit zwischen dem Combustion for Propulsion and Power Laboratory (CPPL) der School of Engineering und dem Nanomaterials and Polymer Nanocomposites Laboratory.

Im CPPL beobachten die Forscher eine helle, gleichmäßige Flamme, die über Drähte tanzt, die mit Nanomaterialien angereicherte Flüssigkeitstropfen enthalten. Das Team untersucht die Verbrennungseigenschaften von mikroskopisch kleinem Graphenoxid im Brennstoff.

Ihr Experiment misst die Zündverzögerung, die Verbrennungsgeschwindigkeit und die Geschwindigkeit, mit der sich die Graphenpartikel und der Brennstoff in kleinere Teilchen trennen.

"In Zusammenarbeit mit unserem Industriepartner ZEN Graphene Solutions untersuchen wir, wie die Verbrennungsgeschwindigkeit dieses Gemischs seine Verbrennungseigenschaften verbessern kann", erklärt Hauptautor und Doktorand Sepehr Mosadegh.

Mosadegh und seine Betreuerin, Assistenzprofessorin Dr. Sina Kheirkhah, entwickeln Technologien, Werkzeuge und Wissen für die nächste Generation von Energie- und Raumfahrtanwendungen. In diesem Fall hoffen sie, dass ihre Ergebnisse zu einer Zukunft mit saubereren und leistungsfähigeren Flugzeugen führen werden.

"Wenn es um Treibstoff geht, sind wir immer auf der Suche nach einem konsistenten Verhalten des Treibstoffs innerhalb von Schlüsselparametern, die sich darauf beziehen, wie er sich entzündet, verbrennt und seine Stärke beibehält", sagt Mosadegh. "Die meisten Menschen kennen die Zusammensetzung von Benzin und Düsentreibstoff und wissen, dass es sich um ein Gemisch aus vielen Kohlenwasserstoffen handelt. Aber sie denken vielleicht nicht darüber nach, wie die Kombination dieser Stoffe mit Nanomaterialien und deren Verbrennung zu wesentlich leistungsfähigeren und saubereren Motoren führen kann."

Mit Hilfe von ultraschnellen und verstärkten Kameras und mikroskopischen Analysen konnten die Forscher die Verbrennungsgeschwindigkeit des dotierten Kraftstoffs untersuchen. Sie fanden heraus, dass die Zugabe von Graphenoxid-Nanomaterialien zu Ethanol die Verbrennungsgeschwindigkeit um etwa acht Prozent verbesserte. Diese Verbesserung der Verbrennung, so erklären die Forscher, kann dazu beitragen, den Kohlenstoff-Fußabdruck von Flugzeugen zu verringern. Und gleichzeitig werden die Flugzeuge leistungsfähiger.

"Das Rezept zum Kochen der Nanomaterialien wurde von Ahmad Ghaffarkhah, einem Mitautor dieser Studie, entwickelt, der in unserem Partnerlabor arbeitet", sagt Dr. Kheirkhah. "Wir haben die Ergebnisse für dotiertes Ethanol veröffentlicht, und wir haben vielversprechende Ergebnisse für andere flüssige Kraftstoffe wie Jet A und Diesel."

Der Zusatz von Nanomaterialien zu flüssigen Kraftstoffen verändert die Wärmeübertragung und die Verdampfungsrate des Kraftstoffs, was sich auf die Gesamtverbrennungsrate auswirkt.

"Der Schlüssel zur Verbesserung der Verbrennung liegt jedoch in der richtigen Mischung von Nanomaterialien und flüssigem Kraftstoff. Besonders in Flugzeugtriebwerken", fügt Dr. Kheirkhah hinzu.

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