Description du projet
Mettre en évidence le mécanisme d’autoxydation des hydrocarbures volatils d’origine anthropique
Les composés organiques produits par la combustion et d’autres activités humaines sont néfastes pour l’atmosphère. Les réactions d’oxydation en phase gazeuse, induites par les radicaux peroxy (RO2), ouvrent des voies permettant d’éliminer ces polluants organiques. L’oxydation entraîne également la formation de matières particulaires, les aérosols, qui influencent l’atmosphère. On a récemment découvert que les RO2 fonctionnalisés subissaient des processus d’autoxydation, ce qui permet à des aérosols de se former rapidement dans l’environnement. Ces travaux antérieurs ont révélé comment les hydrocarbures biogènes abondants s’autoxydaient, mais les mécanismes permettant l’autoxydation des hydrocarbures volatils d’origine anthropique (AVOC, pour «anthropogenic volatile hydrocarbons») restent inconnus. Le projet ADAPT, financé par l’UE, combinera plusieurs méthodes innovantes de détection par spectrométrie de masse renforcées par des calculs théoriques pour déchiffrer le mécanisme d’autoxydation des AVOC. Les résultats contribueront à la gestion de la qualité de l’air et à la conception de carburants et de moteurs plus propres.
Objectif
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.
Champ scientifique
- natural scienceschemical sciencesorganic chemistryvolatile organic compounds
- natural scienceschemical scienceselectrochemistryelectrolysis
- natural scienceschemical sciencesorganic chemistryhydrocarbons
- engineering and technologyenvironmental engineeringair pollution engineering
- natural sciencesmathematicsapplied mathematicsmathematical model
Programme(s)
Régime de financement
ERC-COG - Consolidator GrantInstitution d’accueil
33100 Tampere
Finlande