Technologie nieuws

Naar vliegtuigmotoren met minder uitstoot

Stikstofoxiden (NOx) zijn waarschijnlijk nog gevaarlijker voor het klimaat dan kooldioxide (CO2). Bij auto’s en vrachtwagens gaat men het probleem te lijf met katalysatoren, bij vliegtuig-motoren niet. Wetenschappers van de Technische Universität München (TUM) gaan met dit probleem aan de slag.

Op 22 november vertrok de Europese raket TEXUS-46 van lanceerplaats Esrange in de buurt van de Zweedse staat Kiruna (foto). Aan boord bevond zich een bijzonder experiment. In de gewichtloosheid van de zes minuten durende ballistische vluchtfase werden in een speciale verbrandingskamer analyses gedaan van de verbranding van perfecte sferische brandstofdruppels met de gedefinieerde grootte en een bepaalde afstand tot elkaar.

Doel van de experimenten was het ontstaan van schadelijke uitlaatgassen bij de verbranding van vloeibare brandstoffen beter te begrijpen. Het team van de Lehrstuhl für Thermodynamik van de TU München concentreerde zich op de uitstoot van stikstofoxide.

NOx en CO2

Weliswaar heeft de hoeveelheid vrijkomende kooldioxide in absolute getallen de overhand, toch zijn de schadelijke gevolgen van stikstofoxiden een veelvoud hoger. De NOx-gassen ontstaan vooral bij de verbranding van vloeibare brandstof als kerosine en diesel.

Bij auto’s en vrachtwagens kan men de NOx uitstoot door nabehandeling van het uitlaatgas met behulp van katalysatoren reduceren. Bij vliegtuigmotoren kan alleen een intelligente verbrandingsgeleiding uitkomst bieden. De brandstof moet zo worden verbrand dat geen NOx ontstaat. Het ontbreekt de ingenieurs echter aan de benodigde gegevens om technologieën aan te passen en te optimaliseren.

Samenwerking

Ter bevestiging van laboratoriumproeven en het verklaren van openstaande vragen gingen de onderzoekers van de TU München een samenwerking aan met het Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM) van de Universität Bremen en de Japanese Aerospace Exploration Agency (JAXA). Gezamenlijk werd een bestaande proefopstelling van de Japanners verder ontwikkeld, aangevuld en geoptimaliseerd.

De Japanse wetenschappers wilden weten hoe een voortschrijdende vlam zich over de druppels uitbreidt, de wetenschappers van de TUM verzamelden uitlaatgasmonsters. De beslissende vraag voor de onderzoekers was, hoeveel van de bij het begin vloeibare brandstof vóór de ontsteking moet zijn verdampt om een essentiële reductie van de NOx emissies te bereiken.

Het experiment werd gefinancierd door het Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) en het European Space Agendy (ESA).

Conclusies

In de jaren tachtig hadden Amerikaanse wetenschappers voorspeld, dat er weinig stikstofoxiden zouden ontstaan naarmate er meer fijn vernevelde brandstofdruppels voor het ontsteken waren verdampt. Deze aanname blijkt echter grotendeels fout. De proeven toonden aan, dat een vroegtijdige verdamping van de druppels praktisch geen invloed heeft, al vermindert de NOx hoeveelheid vanaf een bepaald punt sterk met de toename van de verdamping.

Voor constructeurs van vliegtuigmotoren heeft dat belangrijke consequenties: alleen als ze kunnen bereiken dat de brandstofdruppels vóór het ontsteken al voor het grootste deel zijn verdampt kunnen ze de stikstofoxide uitstoot merkbaar reduceren. De onderzoekers proberen nu uit de ontdekte wetmatigheden rekenmodellen en simulaties te ontwikkelen, waarmee de constructeurs nieuwe emissie arme motoren kunnen ontwikkelen.

Bij stationaire gasturbines kan de stikstofoxide emissie door voormengen en nauwkeurig regelen van de verbrandingsprocessen duidelijk lager worden. Voordat dit ook bij vliegtuigturbines met sterke belastingswisselingen mogelijk is. moet nog wat onderzoek gedaan worden.

x
Mis niet langer het laatste nieuws

Schrijf u nu in voor onze nieuwsbrief.

Inschrijven