CAREER: Multi-isotopologue absorption spectroscopy for hydrogen-carrier and nitrogen-based low-carbon energy

职业:氢载体和氮基低碳能源的多同位素吸收光谱

基本信息

  • 批准号:
    2339502
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 57.92万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2024
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2024-01-01 至 2028-12-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

The next generation of fuels for the transportation and power generation sectors is expected to involve a mix of both traditional (carbon-based) and renewable or alternative fuels (hydrogen- or nitrogen-based). However, the reaction pathways of such future fuels and mixtures thereof are not well understood, preventing their deployment into the low-carbon, more fuel-efficient new generation of engines (including turbine, automotive, jet, and rocket engines). In this work, a novel laser diagnostic method, designed to measure multiple isotopes in isotopically-labeled fuel mixtures, is used to investigate fundamental chemical reaction pathways, including the formation of pollutants. Successful completion of the project will provide (1) a broadly applicable and novel measurement technique that will advance basic combustion and atmospheric science research and (2) new insights into the fundamental chemistry of ignition and pollutant formation in these new class of renewable fuel mixtures. Integrated education activities will impact students at multiple levels (middle school through graduate school) through open-source software development, integration of laboratory activities into The University of San Antonio’s growing aerospace curriculum, and targeted project-based outreach activities with middle school and high school students in San Antonio and the Lower Rio Grande Valley in Texas. The research objective of this project is to develop and explore applications of multi-isotopologue laser absorption spectroscopy for measurement, investigation, and modeling of kinetic pathways in high temperature reacting flows of next-generation and low-carbon hydrogen-carrier and nitrogen-based fuels. The technique is aimed at filling a gap in experimental high-temperature kinetics studies, which often cannot unambiguously track specific atoms in their reaction pathways from reactants to intermediates to products. The study will enable new classes of combustion studies for blended carbon / low-carbon fuel mixtures. It is hypothesized that the technique will provide new insights into reaction pathways for mixtures of varying fuel types (carbon-based, nitrogen-based, oxygenated) and functional groups. Paired with novel isotopically-labeled kinetic models and uncertainty-weighted sensitivity analyses, the framework provides a new means for reducing the required number and costs of experiments using isotopically-labeled chemicals. The novel high-pressure and high-temperature spectroscopy data and models generated in this project will also accelerate research in hypersonic flows, rocket propulsion, and remote sensing in planetary exploration, providing for broad applications of the research beyond combustion science for San Antonio and South Texas.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
运输和发电行业的下一代燃料预计将涉及传统(碳基)和可再生或替代燃料(氢或氮)的混合,但是,此类未来燃料的反应途径和。它们的混合物还没有被很好地理解,这阻碍了它们被部署到低碳、更省油的新一代发动机(包括涡轮机、汽车、喷气机和火箭发动机)中。在这项工作中,设计了一种新颖的激光诊断方法来测量。多种同位素同位素标记的燃料混合物,用于研究基本的化学反应途径,包括污染物的形成,该项目的成功完成将提供(1)一种广泛适用的新型测量技术,将推进基础燃烧和大气科学研究以及(2)。 )对这些新型可再生燃料混合物中点火和污染物形成的基本化学的新见解将通过开源软件开发、将实验室活动整合到各个层次的学生(初中到研究生)。圣大学安东尼奥不断发展的航空航天课程,以及针对德克萨斯州圣安东尼奥和下里奥格兰德河谷的中学生和高中生的有针对性的项目外展活动该项目的研究目标是开发和探索多同位素激光吸收光谱的应用。用于测量、研究和建模下一代低碳氢载体和氮基燃料的高温反应流的动力学路径,该技术旨在填补实验高温动力学研究的空白。无法明确追踪从反应物到中间体再到产物的反应路径中的特定原子。这项研究将为混合碳/低碳燃料混合物的新型燃烧研究提供新的见解。该框架提供了一种减少实验所需数量和成本的新方法。使用该项目产生的新型高压和高温光谱数据和模型还将加速高超音速流、火箭推进和行星探索遥感的研究,为燃烧科学之外的研究提供广泛的应用。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

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  • 影响因子:
    0
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    S. Guirado
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  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.9
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    F. Rocadenbosch;A. Comerón;Daniel Pineda
  • 通讯作者:
    Daniel Pineda
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