De meest schadelijke bestanddelen in de rook van een conventionele sigaret, zijn het resultaat van de verbranding van tabak aan het hete uiteinde. Door de temperatuur waarbij de ‘rook’ wordt gegenereerd flink omlaag te brengen, komen wel nicotine en aroma-bestanddelen vrij, maar niet de verbrandingsproducten die risico’s inhouden voor aan roken gerelateerde ziekten. Door de luchtstroom door tabak te simuleren, is het mogelijk om precies na te gaan op welke plaats de verschillende bestanddelen vrijkomen in zo’n effectief ‘koudere’ sigaret en daarmee het risico voor de gebruiker serieus te reduceren. Onderzoeker David Lopez Penha van de Universiteit Twente heeft hiermee een belangrijke stap gezet in het begrijpen van de fysica van roken.
Lopez Penha heeft stromingen in poreuze media onderzocht. Voor complexe poreuze media heeft hij een model ontwikkeld dat de stroming van hete lucht voorspelt. De 3D geometrie van de poriën is hiervoor gebruikt, gereconstrueerd uit een microCT-scan (micro-Computed Tomography). Het onderzoek geeft voor het eerst inzicht in de manier waarop lucht stroomt door de kleine poriën in tabak: het is daarmee een nieuwe manier om vast te kunnen stellen welke substanties vrijkomen, en bij welke concentraties, terwijl de lucht door verhitte tabak stroomt.
Aerosols
Als een conventionele sigaret brandt, bereikt het uiteinde een temperatuur van ongeveer 900 graden Celsius. Dit is de bron van energie die bestanddelen als nicotine en ook smaak- en geurstoffen vrijmaakt. De verbranding en pyrolyse resulteert echter ook in schadelijke bestanddelen in de rook. Wordt de tabak op een meer gecontroleerde manier verhit, bij veel lagere temperaturen, dan is het mogelijk om de nicotine en andere bestanddelen wél vrij te maken, maar niet de verbrandingsproducten. Het aerosol, de ‘rook’ die nu wordt ingeademd, heeft een eenvoudiger en beter te voorspellen samenstelling. De gebruiker wordt zo minder blootgesteld aan de meest schadelijke componenten.
Dwarsdoorsnede van een ‘plug’ tabak, samengesteld uit microCT-scans en simulaties
Het onderzoek geeft voor het eerst detailinzicht in de overdracht van warmte en stoffen van tabak naar aerosol: zo is een van de uitkomsten dat in de complexe kanalen die de tabak kenmerken, zowel kleine als grote poriën op verschillende manieren bijdragen aan de ontwikkeling van de luchtstroming. Met deze kennis zijn toekomstige rookproducten te optimaliseren, hoewel nog veel onderzoek nodig zal zijn om deze nieuwe producten op de markt te brengen.
Lopez Penha heeft zijn onderzoek uitgevoerd in de Multiscale Modeling and Simulation groep van prof. Bernard Geurts. Hij heeft nauw samengewerkt met Philip Morris International Research & Development in Neuchâtel, Zwitserland. Zijn proefschrift, of een samenvatting ervan, is digitaal toe te sturen.
