Il caldo, a volte ad alta pressione, tuttavia, le condizioni uniformi dietro le onde d'urto riflesse sono l'ambiente ideale per studiare le complessità chimiche della combustione.

Aamir Farooq, dal Centro di ricerca sulla combustione pulita di KAUST, e la sua squadra, hanno utilizzato un tubo d'urto accoppiato con la diagnostica laser per studiare la rapida cascata di reazioni chimiche messe in moto quando il carburante brucia. Questi dati possono aiutare nella progettazione di pulitori, motori e carburanti più efficienti di quelli attualmente disponibili. Le conoscenze acquisite potrebbero essere utilizzate anche per studiare le reazioni nell'aria che generano o rimuovono gli inquinanti, o anche per studiare le condizioni atmosferiche di pianeti lontani.

"I tubi d'urto sono reattori chimici ideali, a causa delle condizioni quasi omogenee a dimensione zero dietro le onde d'urto riflesse, " Dice Farooq. Il team fa brillare i laser attraverso il tubo d'urto per monitorare la chimica in atto. "La diagnostica laser ci consente di effettuare misurazioni in situ delle specie chimiche consumate e formate durante una reazione chimica, " aggiunge Farooq. "Possiamo monitorare i radicali liberi altamente reattivi, che giocano un ruolo chiave nella cinetica di combustione."

Due lavori recenti illustrano l'ampiezza delle informazioni che possono essere acquisite. Farooq e il suo team hanno studiato la chimica della combustione dei chetoni ciclici, che possono essere ricavati da scarti vegetali e hanno un ottimo comportamento di combustione1. "I chetoni ciclici derivati ​​dalla biomassa attirano l'interesse per la loro buona proprietà antidetonante e la loro efficacia nel ridurre le emissioni nocive, "dice Dapeng Liu, un dottorato di ricerca studente nella squadra di Farooq. Le reazioni con radicali idrossilici sono una delle reazioni più importanti che avviano la combustione dei chetoni ciclici, ma questi non erano mai stati misurati sperimentalmente prima ad alte temperature.

"Rispetto alle nostre misurazioni, i ricercatori avevano sovrastimato la reattività dei chetoni ciclici e delle reazioni idrossiliche ad alte temperature, ma l'avevano sottovalutato per le condizioni di temperatura ambiente, " afferma Liu. Questi nuovi dati miglioreranno i modelli utilizzati per progettare combustibili che incorporano chetoni ciclici.

Il team ha anche studiato le reazioni idrossiliche con diolefine, molecole comuni dotate di due doppi legami carbonio-carbonio2. Questa interazione è significativa per la combustione del carburante, ma anche per la chimica atmosferica. "Isoprene, una nota diolefina, è prodotto da animali e piante e si trova in alta concentrazione nelle aree forestali, "dice Fethi Khaled, che ha recentemente completato il suo dottorato di ricerca. con Farooq.

"Il nostro lavoro ha mostrato la ricca chimica dei radicali idrossilici e delle diolefine, " Dice Khaled. Il team ha rivelato un chiaro passaggio dai percorsi di reazione, dove i radicali idrossilici si aggiungono alle diolefine in condizioni atmosferiche ai percorsi in cui i radicali idrossilici strappano atomi di idrogeno dalle diolefine quando le temperature aumentano fino alle condizioni di combustione.

I risultati si aggiungono al crescente database di coefficienti di velocità di reazione che il team ha fornito, che è ampiamente utilizzato da modellisti e teorici cinetici chimici per convalidare i loro calcoli, dice Farooq.

"In futuro, ci concentreremo sulle reazioni radicali più radicali, che sono molto più difficili da studiare ma svolgono un ruolo critico in molti ambienti chimici, " dice. "Stiamo progettando una nuova diagnostica laser per rilevare un'ampia gamma di molecole in modo da poter dipingere un quadro completo di reazioni chimiche complesse, " aggiunge Farooq. "Infine, stiamo estendendo le nostre metodologie per studiare le reazioni relative alla chimica atmosferica e ai pianeti interstellari".