Bielefelder Chemiker erhält Wolfgang-Paul-Studienpreis

Patrick Oßwald für Analyse der Biokraftstoff-Verbrennung ausgezeichnet

25.02.2011 - Deutschland

Biokraftstoffe und ihre verstärkte Nutzung stoßen derzeit auf deutliches Interesse in der Bevölkerung. Dabei werden Klimawirkung und Herstellungsverfahren sowie die Verträglichkeit in heutigen Fahrzeugen diskutiert. Über die Schadstoffbildung beim Einsatz solcher Kraftstoffe gibt es allerdings noch wenig gesicherte Erfahrung. Für Beiträge zur Aufklärung solcher Prozesse wird jetzt der Nachwuchswissenschaftler Dr. Patrick Oßwald der Universität Bielefeld geehrt.

Auf der diesjährigen 44. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Massenspektrometrie, die vom 27. Februar bis 2. März in Dortmund stattfindet, werden gleich zwei Preisträger mit dem nach Wolfgang Paul benannten Nachwuchspreis geehrt: der Bielefelder Flammenforscher Dr. Patrick Oßwald aus der Physikalischen Chemie und der Heidelberger Dr. Nico Zinn, der seine Arbeiten am Deutschen Krebsforschungszentrum durchgeführt hat. Der jährlich vergebene Preis für die innovativste Dissertation im Bereich der Massenspektrometrie erinnert an Wolfgang Paul, der 1989 für seine Arbeiten zu Ionenfallen den Nobelpreis für Physik erhielt.

In seiner so ausgezeichneten Arbeit hat Patrick Oßwald sich mit der systematischen Analyse der Verbrennung von prototypischen Biokraftstoffen befasst. Derzeit werden Vor- und Nachteile der Einführung von Kraftstoffbeimischungen aus biologischem Ursprung heftig in der Öffentlichkeit diskutiert. Biodiesel und Biokraftstoffe wie Ethanol befinden sich in verschiedenen Ländern bereits unterschiedlich lange in Gebrauch. Allerdings ist die Verbrennungschemie solcher Kraftstoffe weit weniger gut bekannt als die der "klassischen" fossilen Brennstoffe. Das liegt unter Anderem an der höheren chemischen Komplexität der Brennstoffmoleküle, die zusätzlich zu den Elementen Kohlenstoff und Wasserstoff oft auch noch Sauerstoff in verschiedenen funktionellen Gruppen enthalten. Die durch diese Alkohol-, Ether- und Esterfunktionen bedingte höhere Strukturvielfalt ermöglicht zusätzliche Reaktionswege, die in der Verbrennungschemie der fossilen Kohlenwasserstoffe nicht vorkommen, und dabei können andere Schadstoffe entstehen. Wenn man detailgetreu vorhersagen möchte, welcher Schadstoffausstoß für welchen Kraftstoffmix zu erwarten ist, dann müssen die Grundlagen dafür zunächst im Labor erforscht werden.

Patrick Oßwald hat mehrere massenspektrometrische Verfahren für diese Flammenanalyse verknüpft, um anhand der experimentellen Daten die Reaktionswege in Abhängigkeit von der Struktur des jeweiligen Kraftstoffs erkennen zu können. Zu den spannendsten von ihm benutzten Techniken zählt die Massenspektrometrie mit Photoionisation unter Einsatz modernster Strahlungsquellen aus Speicherringen, sogenannten Synchrotrons. Flammenanalysen an der Advanced Light Source in Berkeley, USA, und am National Synchrotron Radiation Laboratory in Hefei, China, gehören für ihn inzwischen fast zur Routine. Nur mit solchen speziellen Lichtquellen können aus den reaktiven Zwischenprodukten in der Flamme, die sich wegen ihrer geringen Konzentrationen meist konventionelleren Analysen entziehen, entscheidende Hinweise auf die Schadstoffentstehung abgeleitet werden. Die wichtigste Information dabei ist die über die nachgewiesenen Molekülstrukturen bei gleichzeitiger quantitativer Bestimmung aller vorhandenen chemischen Substanzen. Bio-Butanol ist ein Beispiel für einen vieldiskutierten neuen Kraftstoff. Butanol kommt in vier unterschiedlichen Formen vor, und dank der neuen Analysemethoden ist eine Bewertung des Schadstoffpotentials aller vier Varianten nun möglich. Es ist daher nicht verwunderlich, dass die Ergebnisse der Oßwald'schen Experimente derzeit in aller Welt als Vergleichsbasis für die Flammenmodellierung gefragt sind.

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