Chemische Analytik
Mit der Charakterisierung von Treibstoffen im Hinblick auf ihre chemische Zusammensetzung und thermophysikalischen Eigenschaften schafft die Abteilung Chemische Kinetik und Analytik die Basis für die Untersuchung der Einflüsse der Brennstoffzusammensetzung auf Verbrennungs- und Emissionsverhalten.
Insbesondere die Analyse von flüssigen synthetischen Energieträgern stellt dabei eine Herausforderung dar, da die chemische Zusammensetzung oftmals stark von konventionellen Treibstoffen abweicht.
Dafür steht der Abteilung unter anderem ein moderner zweidimensionaler Gaschromatograph (GCxGC) mit gekoppeltem Massenspektrometer und Flammenionisationsdetektor zur Verfügung. Er ermöglicht die Auftrennung selbst von komplexen Treibstoffmatrizen aufgrund der modulierten Reihenschaltung zweier Chromatographie-Säulen. Unterstützt wird diese Analytik durch 1H-Kernresonanzspektroskopie (NMR), die eine präzise Bestimmung des Wasserstoffgehalts von Treibstoffen ermöglicht. Somit können Treibstoffproben möglichst molekülgenau qualifiziert und quantifiziert werden, und Massenanteile der einzelnen chemischen Gruppen, die mittlere Summenformel sowie das C/H-Verhältnis bestimmt werden.
Darüber hinaus können entscheidende thermophysikalische Größen bestimmt werden. Hierzu zählen u. a. Destillationseigenschaften (z. B. Siedebeginn, Siedekurve, Siedeende), Dampfdruckkurven, kinematische Viskosität und Dichte (inklusive Tieftemperaturverhalten bis -47°C), Gefrierpunkt, Oxidationsstabilität, Oberflächenspannung, Brechungsindex und Brennwert der betrachteten Treibstoffe. In der Luftfahrt sind vor allem die Tieftemperatureigenschaften von großer Bedeutung und sicherheitstechnisch relevant.
Die vorhandenen analytischen Methoden gehen somit zum Teil weit über die in entsprechenden Normen (z. B. ASTM oder DIN) geforderten Anforderungen hinaus und liefern für modellbasierte Optimierungsverfahren individualisierte Validierungsdaten. Die genaue Charakterisierung eines Treibstoffes bildet zudem die Basis für die wissenschaftliche Interpretation seines Verbrennungs- und Emissionsverhaltens, sowie für die Auswahl geeigneter Modelle für die Vorhersage der Reaktionskinetik und Schadstoffbildung während der Verbrennung.