Projektbeschreibung
Neues über den Autoxidationsmechanismus anthropogener flüchtiger Kohlenwasserstoffe
Die durch Verbrennung und andere Aktivitäten des Menschen erzeugten organischen Verbindungen schaden der Atmosphäre. Durch Peroxyradikale vermittelte Gasphasen-Oxidationsreaktionen eröffnen Wege zur Beseitigung dieser organischen Schadstoffe. Diese Oxidation resultiert außerdem in der Bildung von Feinstaub, d. h. Aerosolen, welche die Atmosphäre beeinflussen. So wurde vor Kurzem festgestellt, dass funktionalisierte Peroxyradikale Autoxidationsprozesse durchlaufen, die in der Atmosphäre schnell Aerosole entstehen lassen. Diese früheren Arbeiten zeigten, wie die reichlich vorhandenen biogenen Kohlenwasserstoffe autoxidiert werden. Die für die Autoxidation anthropogener flüchtiger Kohlenwasserstoffe verantwortlichen Mechanismen sind jedoch unbekannt. Das EU-finanzierte Projekt ADAPT wird innovative massenspektrometrische Nachweisverfahren, unterstützt durch theoretische Berechnungen, miteinander kombinieren, um den Mechanismus der Autooxidation der anthropogenen flüchtigen Kohlenwasserstoffe zu enträtseln. Die Ergebnisse werden zur Luftreinhaltung und zur Entwicklung umweltfreundlicherer Brennstoffe und Motoren beitragen.
Ziel
Previous efforts to raise living standards have been based on relentlessly increasing combustion, causing environmental destruction at all scales. In addition to climate-warming CO2, fossil fuel combustion also produces a large number of organic compounds and particulate matter, which deteriorate air quality.
The atmosphere is cleansed from such pollutants by gas-phase oxidation reactions, which are invariably mediated by peroxy radicals (RO2). Oxidation transforms initially volatile and water-insoluble hydrocarbons into water-soluble forms (ultimately CO2), enabling scavenging by liquid droplets. A minor but crucially important alternative oxidation pathway leads to oxidative molecular growth, and formation of atmospheric aerosols. Aerosols impart a huge influence on the atmosphere, from local air quality issues to global climate forcing, yet their formation mechanisms and structures of organic aerosol precursors remains elusive.
In a paradigm change, RO2 was recently found to undergo autoxidation, enabling rapid aerosol precursor formation even at sub-second time-scales – in stark contrast to the long processing times (days - weeks) previously assumed to be necessary. We have shown how abundant biogenic hydrocarbons (BVOC) autoxidize, but due to key structural differences, the same pathways are not available for anthropogenic hydrocarbons (AVOC), and thus they were not expected to autoxidize. My preliminary experiments reveal that AVOCs do autoxidize, but the mechanism enabling this remain unknown. Crucially, the co-reactants shown to inhibit BVOC seem to enforce AVOC autoxidation – potentially explaining the recent mysterious discovery of new-particle formation in polluted megacities. In ADAPT, I will use a combination of novel mass spectrometric detection methods fortified by theoretical calculations, to solve the mechanism of AVOC autoxidation. This will directly assist both air quality management, and the design of cleaner fuels and engines.
Wissenschaftliches Gebiet
- natural scienceschemical sciencesorganic chemistryvolatile organic compounds
- natural scienceschemical scienceselectrochemistryelectrolysis
- natural scienceschemical sciencesorganic chemistryhydrocarbons
- engineering and technologyenvironmental engineeringair pollution engineering
- natural sciencesmathematicsapplied mathematicsmathematical model
Programm/Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
ERC-COG - Consolidator GrantGastgebende Einrichtung
33100 Tampere
Finnland