Kein Folientitel - Institut für Physik der Atmosphäre
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Physikalische und chemische Eigenschaften von Verbrennungsaerosolen 1 Fiebig , 1, A. M. C. Stein L. Fritzsche 2 3 3 R. Hitzenberger , M. Gysel , S. Nyeki , and C. 4 Wilson 1 Institut für Physik der Atmosphäre 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 Beispiel: Schadstoffbildung in der Brennkammer Sekundäraerosol und Mischungszustand 1.00 Die Nukleation volatiler Sekundärpartikel aus gasförmigen Vorläufern erfolgt im abkühlenden Abgas mit hoher zeitlicher Variabilität; auch im Falle der Bildung volatiler Sekundärpartikel bleibt das Primäraerosol intern gemischt, das volatile Sekundäraerosol wächst nicht in den Größenbereich des Primäraerosols ; 0.96 0.94 0.92 0.90 0.88 0.0 0.4 0.6 0.8 1.0 -3 30 5 D = 4 - 9 nm D = 10 - 20 nm D = 21 - 250 nm 25 20 15 10 5 0 Sekundärpartikel bleiben unter der Schwelle der Aktivierbarkeit. Verbrennungsprodukte im Abgas 0.2 N secondary / N total number cocnentration , 10 cm Bildung von Sekundärpartikeln ist un-abhängig vom Verbrennungsprozess, hängt aber von der Probenahme ab; D = 15 nm D > 20 nm 0.98 N primary / N total 1 Petzold , 54500 55000 55500 56000 56500 UTC , s Treibstoff CnHm + S Luft H2O N2 + O2 Emissionsindices (pro kg Kerosin) 1.25 kg 3.15 kg CO NOx CO2 water vapour saturation ratio Wolkenkondensationskeime Partikel SO2 UHC 14 g 0.8 g 4g 0.6 g 0.04 g 12-16 g 0.6 -1 g 0.2-6 g 0.2-3 g 0.01-0.1 g carbonaceous particle 2 cloud supersaturation 1 cloud drop 1 3 Dvolatile Dcoated Dcarbonaceous drop diameter D 500 Aerosole im Verbrennungsabgas carbonaceous particles H2SO4 particles coated carbonaceous particles measured data activation diameter , nm 450 Primäres Verbrennungsaerosol entsteht bei einer unvollständigen Verbrennung aus organischem und elementaren Kohlenstoff, ist bis zu T = 350°C thermisch stabil. 400 350 Aktivierbarkeit von realen Verbrennungsaerosolen: besser als reine Graphitpartikel; schlechter als H2SO4 / H2O Partikel; schlechter als mit H2SO4 beschichtete Kohlenstoffpartikel; 300 250 200 150 100 50 0 Fuel sulphur TC = 70% EC + 30% OC Aerosolpartikel können bei 1 hoher Luftfeuchtigkeit durch Aufnahme von Wasser anwachsen; 2 in wasserübersättigter Luft bilden Partikel oberhalb des Aktivierungsdurchmessers Tropfen; 3 der Aktivierungsdurchmesser hängt von der chemischen Zusammensetzung der Partikel ab; low medium high Aktivierungsdurchmesser für typische Wolkenübersättigungen < 1% liegt bei D 100 nm. Flüchtiges Sekundäraerosol bildet sich im abkühlenden Abgas hinter der Brennkammer aus gasförmigen Vorläufersubstanzen, verdampft bei 125°C. H2SO4 / H2O + CnHmOx dN / d log D, cm -3 10 8 10 7 10 6 10 5 10 4 10 3 Messinstrumentarium Intern gemischtes Verbrennungsaerosol, bestehend aus beschichteten Kohlenstoffpartikeln und flüchtigen Sekundärpartikeln. Partikelgrößenverteilung secondary volatile aerosol primary carbonaceous aerosol primäre Kohlenstoffpartikel sind überwiegend > 10 nm; sekundäre HsSO4 / H2O Partikel sind deutlich kleiner als 10 nm; 1 10 100 die primäre und die sekundäre Aerosolmode liegen in getrennten Größenbereichen vor. particle diameter, nm Institut für Physik der Atmosphäre, DLR Oberpfaffenhofen http://www.op.dlr.de/ipa/ Phone: 08153 / 28-2592 Mehrkanal - Kondensationskernzähler (Eigenentwicklung) Differential Mobility Analyser (DMA) + Thermodenuder (Eigenentwicklung) Aerosol - Absorptionsphotometer des (Eigenentwicklung) Optische Partikelspektrometer Tandem - DMA (im Aufbau, Kooperation mit PSI) Wolkenkondensationskernzähler Wolken(Kooperation mit Uni Wien) E-mail: [email protected] Partikelanzahl Größenverteilung Größenverteilung Aerosoltyp (fest/flüchtig) Mischung (intern/extern) Massenkonzentration schwarzen Kohlenstoffs Größenverteilung flüchtige Partikelkomponente Anzahl der zu keimen aktivierbaren Partikel WWW:
