Reazioni chimiche che producono inquinanti nell'atmosfera, e la chimica della combustione del carburante all'interno del motore di un veicolo, hanno alcune sorprendenti somiglianze. Per ogni serie di reazioni, il ruolo dell'ossigeno è fondamentale. Lo studio della parte dell'ossigeno nella combustione e nella chimica atmosferica potrebbe aiutare gli scienziati a migliorare entrambi i motori e a ridurre l'inquinamento atmosferico, I ricercatori KAUST hanno dimostrato.

I composti organici volatili (COV) sono molecole gassose che vengono emesse nell'aria dai tubi di scappamento e dalle ciminiere dei veicoli, fabbriche e centrali elettriche, così come da piante viventi. I COV subiscono una sequenza di reazioni di autoossidazione con l'ossigeno dell'aria circostante per formare molecole altamente ossigenate che contribuiscono all'inquinamento atmosferico e producono aerosol che sono noti per influenzare il clima.

L'autoossidazione si verifica anche durante l'accensione e la combustione dei combustibili. Ma rivelare l'identità delle molecole di queste reazioni è stato difficile, dicono Zhandong Wang e Mani Sarathy del Clean Combustion Research Center, che ha co-diretto l'opera. "Gli intermedi altamente ossigenati prodotti dall'autoossidazione sono molto reattivi e si decompongono rapidamente, " dice Wang.

Quindi Wang, Sarathy e il loro team hanno sviluppato una configurazione sperimentale avanzata per campionare queste molecole sfuggenti prima che si decompongano. "Abbiamo usato una tecnica sofisticata, un reattore agitato a getto accoppiato con la fotoionizzazione della radiazione di sincrotrone e la spettrometria di massa a fascio molecolare, presso l'Advanced Light Source di Berkeley, ", afferma Wang. Il team ha anche utilizzato uno spettrometro di massa a ionizzazione chimica a pressione atmosferica ad alta risoluzione presso l'Analytical Core Laboratory della KAUST per analizzare i prodotti di autoossidazione della combustione.

Gli attuali modelli teorici della chimica della combustione assumono uno, o forse due, le molecole di ossigeno possono legarsi a una molecola di carburante durante l'autoossidazione. I risultati di Wang e Sarathy mostrano che almeno tre reazioni sequenziali di aggiunta di ossigeno, e forse di più, può avvenire. "La nostra scoperta più significativa è che i processi di autoossidazione che portano all'autoaccensione sono molto più complessi di quanto si pensasse in precedenza, " dice Wang. "Abbiamo dimostrato che molti grandi idrocarburi e combustibili ossigenati mostrano un'ampia autoossidazione, e quando questi percorsi sono inclusi nei modelli, alterano significativamente i risultati della simulazione."

L'aggiornamento di questi modelli consentirà al team di simulare in modo più accurato la combustione del carburante e di migliorare potenzialmente le prestazioni dei motori reali. Ma i risultati sono di più ampia portata. "Stiamo lavorando con gli scienziati atmosferici dell'Università di Helsinki per esplorare ulteriormente i processi di autoossidazione analoghi nell'atmosfera e nella combustione. Il nostro obiettivo è utilizzare la nostra esperienza di combustione per sviluppare modelli per la formazione di aerosol atmosferici tramite l'autoossidazione VOC. Ciò potrebbe migliorare significativamente simulazioni per prevedere l'inquinamento atmosferico e la temperatura globale".