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Eine neue Art von Flamme, die im Weltraum entzündet wird, wird nicht nur entzündet, sondern (buchstäblich) cool

• 2024

Im Weltraum gehen ständig Dinge in Flammen auf (jemand Supernova?), aber tatsächlich etwas in der Schwerelosigkeit in Brand zu setzen, ist ein ganz anderes Phänomen.

Sphärische kühle Diffusionsflammen oder kühle Flammen sind eine neue Flammenklasse, die vor kurzem zufällig aufgetaucht in einem Experiment auf der ISS. Diese Flammen gab es vor dem letzten Jahrzehnt nur theoretisch. Obwohl sie auf der Erde mit großen Schwierigkeiten dupliziert worden waren, das ist das erste Mal diese Geister heißer Flammen wurden tatsächlich beim Verbrennen gasförmiger Brennstoffe gesehen, was auf festem Boden oder im Weltraum nie erreicht worden war. Sie blieben fast unentdeckt, bis die Anpassung der Auflösung des Video-Feeds etwas Unerwartetes ergab.

Im Rahmen des Kalte Flammen-Untersuchung mit Gasen (CFI-G) Unter der Leitung des Brandschutzingenieurs Peter Sunderland von der University of Maryland wurden sechs Monate lang Versuche unternommen, heiße Diffusionsflammen in Null-G zu entzünden, aber keine verwandelte sich nach dem Löschen in kühle Diffusionsflammen. Kühle Diffusionsflammen erfordern sehr niedrige Gasgeschwindigkeiten, weil die Chemie so langsam ist, sagt Sunderland gegenüber SYFY WIRE. Auf der Erde erzeugt selbst eine Kerzenflamme aufgrund des Auftriebs hundertmal höhere Geschwindigkeiten. Wir haben vor kurzem einige kühle Diffusionsflammen auf der Erde gesehen, aber diese erfordern Tricks wie erhitzte Luft und zusätzliches Ozon.

Bildnachweis: NASA

Wie viel kühler sind diese Flammen also als typisches Feuer auf der Erde? Es kommt darauf an, was du cool nennst. Heiße Diffusionsflammen, wie sie beim Anzünden einer Kerze zu sehen sind, brennen bei etwa 3.100 Grad Fahrenheit. Kühle Flammen sind im Vergleich kühle 900 Grad Fahrenheit. Im Gegensatz zu Flammen, die durch die Schwerkraft der Erde geschoben und gezogen werden und den Flackereffekt erzeugen, bleiben Flammen im Weltraum still, da sie so gut wie keine Schwerkraft beeinflusst. Sie produzieren auch keinen Ruß, was bedeutet, dass sie in Zukunft Auto- und Raketenmotoren mit sauberer Energie antreiben könnten.

Nachdem die heißen Flammen gelöscht waren, war auf der mit der Erde kommunizierenden Kamera nichts zu sehen. Die empfindlichste Kamera, die filmte, konnte die kühlen Flammen immer noch nicht erkennen, bis Minhyeng Kim, Absolventin der University of Maryland, bemerkte, dass die Daten zeigten, dass etwas Wärme abstrahlte, obwohl nichts auf dem Bildschirm zu sehen war. Heiße Flammen waren mit n-Butan, verdünnt mit Stickstoff, und einem Oxidationsmittel von 40% Stickstoff in Sauerstoff gezündet worden. Sunderland hatte sich nicht ohne Grund für diesen Treibstoff entschieden.

Diese spezielle Mischung war günstig, um Diffusionsflammen zu kühlen, weil das Butan-Brennstoffmolekül relativ groß ist, die Sauerstoffkonzentration hoch und der Druck hoch war, sagt er. Keiner unserer anderen Tests hatte diese perfekte Kombination von Bedingungen.

Es stellte sich heraus, dass es eine 3-Sekunden-Verzögerung zwischen dem Erlöschen heißer Diffusionsflammen und der Übernahme der kühlen Diffusionsflammen gab. Während dieser Verzögerung wurde keine Hitze erzeugt und keine Flammen waren zu sehen. Kühle Flammen waren danach kaum noch sichtbar. Als die Maschinenbaustudentin Kendyl Waddell an der University of Maryland den Video-Feed einstellte, entzündeten die Phantome heißer Flammen den Kraftstoff als kühle Flammen und begannen wieder Wärme abzugeben. Das Problem war, dass sie nur halb so groß waren wie heiße Flammen mit einem Zehntel der Helligkeit und Hitze.

Bildnachweis: NASA

Kühle Diffusionsflammen leuchten blau und blaue Flammen – egal wie heiß sie werden – wird die Luft nicht verschmutzen oder Motoren mit angesammeltem Ruß verstopfen. Raketentreibstoff könnte irgendwann mit Wasserstoff und Sauerstoff hergestellt werden, der im Weltraum verfügbar ist, aber die Technologie ist noch nicht da. Diese Duftkerze, die Sie anzünden können, produziert manchmal eine minimale Menge Ruß (obwohl das meiste davon von der Flamme beim Verbrennen aufgefressen wird). Verbesserte Kompressionsmotoren könnten das nächste Ding auf der Straße sein, denn während Dieselmotoren Kompression verwenden, stoßen sie zu viel Schadstoffe aus.

Heutige Benzinmotoren werden mit einem Funken gezündet, aber ihre Laufleistung ist schlecht, sagt Sunderland. Wenn Benzinmotoren durch Kompression gezündet werden könnten, bietet dies die ideale Mischung aus guter Laufleistung und sauberen Emissionen. Viele haben es versucht, aber niemand ist erfolgreich. Kühle Diffusionsflammen könnten das fehlende Glied sein.

Werden kühle Flammenkerzen eine Sache sein? Wahrscheinlich nicht, wegen des überwältigenden Gestanks von Formaldehyd.