juni 18, 2013: Eld, sägs det ofta, är mänsklighetens äldsta kemiexperiment.

I tusentals år har människor blandat jordens syrerika luft med en nästan oändlig mängd olika bränslen för att producera heta lysande lågor. Det finns en lärdom om förbränning som sträcker sig från de primitiva människornas tidigaste lägereldar till de mest avancerade bilarna som rusar fram på 2000-talets motorvägar. Ingenjörer studerar förbränning för att ta fram bättre förbränningsmotorer, kemister tittar in i lågorna för att hitta exotiska reaktioner och kockar experimenterar med eld för att laga bättre mat.

Man skulle kunna tro att det inte finns så mycket mer att lära. Forman A. Williams, professor i fysik vid UC San Diego, håller inte med. ”När det gäller eld”, säger han, ”har vi bara börjat”.

Skilda flammor på ISS
En ny ScienceCast-video utforskar det överraskande beteendet hos ”coola flammor” på den internationella rymdstationen. Spela upp den

Lågor är svåra att förstå eftersom de är komplicerade. I en vanlig ljuslåga sker tusentals kemiska reaktioner. Kolvätemolekyler från veken förångas och sprängs sönder av värmen. De kombineras med syre för att producera ljus, värme, koldioxid och vatten. En del av kolvätefragmenten bildar ringformade molekyler som kallas polycykliska aromatiska kolväten och slutligen sot. Sotpartiklar kan själva brinna eller bara flyga iväg som rök. Flammans välkända droppform är en effekt som orsakas av gravitationen. Varm luft stiger uppåt och drar med sig ny kall luft bakom sig. Detta kallas flytkraft och är det som får lågan att skjuta upp och flimra.

Men vad händer när du tänder ett ljus, till exempel på den internationella rymdstationen (ISS)?

Februari Fireballs (signup)

”I mikrogravitationen brinner lågorna annorlunda – de bildar små sfärer”, säger Williams.

Flammande sfärer på ISS visar sig vara underbara minilaboratorier för förbränningsforskning. Till skillnad från flammor på jorden, som expanderar girigt när de behöver mer bränsle, låter flamkulorna syret komma till dem. Syre och bränsle förenas i en smal zon på sfärens yta, inte hit och dit i hela flamman. Det är ett mycket enklare system.

Nyligen utförde Williams och kollegor ett experiment på ISS kallat ”FLEX” för att lära sig hur man släcker bränder i mikrogravitation när de stötte på något märkligt. Små droppar heptan brann inne i FLEX förbränningskammare. Som planerat slocknade lågorna, men oväntat nog fortsatte dropparna av bränsle att brinna.

”Det stämmer – de verkade brinna utan flammor”, säger Williams. ”Först trodde vi inte själva på det.”

Strange Flames on the ISS (droplet)
En färgbild av en brinnande bränsledroppe. Mer

Faktum är att Williams tror att lågorna finns där, bara för svaga att se. ”Det här är coola flammor”, förklarar han.

Vanlig, synlig eld brinner vid en hög temperatur mellan 1500K och 2000K. Heptanflammballarna på ISS började i denna ”heta eld”-regim. Men när flamkullarna svalnade och började slockna tog en annan typ av förbränning över.

”Kalla flammor brinner vid den relativt låga temperaturen 500K till 800K”, säger Williams. ”Och deras kemi är helt annorlunda. Normala lågor producerar sot, koldioxid och vatten. Kalla flammor producerar kolmonoxid och formaldehyd.”

Liknande kalla flammor har producerats på jorden, men de flimrar ut nästan omedelbart. På ISS kan dock svala flammor brinna i långa minuter.

”Det finns praktiska konsekvenser av dessa resultat”, konstaterar Williams. ”De kan till exempel leda till renare biltändningar.”

En av de idéer som bilföretagen har arbetat med i åratal är HCCI – en förkortning för ”homogeneous charge compression ignition”. I bilcylindern skulle det i stället för en gnista ske en mildare, mindre förorenande förbränningsprocess i hela kammaren.

”HCCI:s kemi innebär en sval flamkemi”, säger Williams. ”Den extra kontroll som vi får genom den stationära förbränningen på ISS kommer att ge oss mer exakta kemivärden för den här typen av forskning.”

Vi har precis börjat.

Credits:

Författare:

Författare: Dr. Tony Phillips | Produktionsredaktör: Dr. Tony Phillips: Dr. Tony Phillips | Credit: [email protected]

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.