Per decenni, gli scienziati sono stati in grado di bruciare combustibili in una fiamma senza creare fuliggine, e pensano di sapere perché. Hanno calcolato i numeri ed eseguito esperimenti in strutture ad alta tecnologia, ma c'è solo un modo per essere certi della relazione fondamentale tra fiamme e fuliggine:

Devono accendere un fuoco nello spazio.

A quello scopo, l'astronauta Christina Koch, attualmente a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (ISS) e che dovrebbe stabilire un record per il volo spaziale più lungo di una donna, ha iniziato a lavorare su esperimenti per accendere una fiamma, poi osserva e studia le sue proprietà. Se gli esperimenti mostrano ciò che i ricercatori di Earthbound si aspettano che faranno, questo potrebbe portare a un nuovo, comprensione fondamentale delle proprietà della combustione.

"Misureremo la fuliggine, valutare la forza della fiamma, la radiazione che si sprigiona dalla fiamma e la composizione e le temperature del gas, in modo da poter garantire che le nostre previsioni siano corrette, " ha detto Richard Axelbaum, Stifel &Quinette Jens Professor of Environmental Engineering Science presso la McKelvey School of Engineering della Washington University di St. Louis. Per questo progetto, avrà assistenza da Peter Sunderland, professore all'Università del Maryland.

Axelbaum è anche direttore del Consortium for Clean Coal Utilization, e c'è una cosa che la fuliggine non è:pulita.

"Fuliggine, numero uno, è un inquinante. Può anche essere cancerogeno, quindi non vogliamo respirare molta fuliggine, " ha detto Axelbaum. "E può assorbire la luce solare e riscaldare il pianeta". infatti, il secondo maggior contributore al riscaldamento atmosferico, accanto all'anidride carbonica.

Con ossigeno sufficiente, la combustione rilascia la massima quantità di energia disponibile dal combustibile che viene bruciato - brucia in modo efficiente - ei sottoprodotti sono solo anidride carbonica e acqua. Fuliggine, che è un sottoprodotto della combustione incompleta, si verifica quando l'ossigeno non è disponibile per la combustione. Per esempio, nella fiamma di una candela, il morbido bagliore giallo proviene da particelle di fuliggine, prodotte all'interno della fiamma, riscaldate a temperature elevate

A molte persone, la combustione è più familiare come il fuoco, che si tratti di una candela o di un falò. Il carburante viene fatto reagire in un'atmosfera composta principalmente da azoto:l'aria che respiriamo è circa il 78% di azoto, 21% di ossigeno e piccole quantità di vari altri gas. E il familiare bagliore giallo è un'indicazione che la fuliggine si sta formando in queste fiamme.

"Ma se tolgo l'azoto dall'aria e lo metto nel carburante, hai ancora lo stesso mix di azoto-ossigeno-carburante, "Axelbaum ha detto, "ma cambia drasticamente la struttura della fiamma." Gli stessi ingredienti nelle stesse proporzioni, ma mescolato in modo diverso, sopprimere completamente la formazione di fuliggine durante la combustione.

"Chiamiamo questo disegno della fiamma perché stai usando gli stessi ingredienti ma, con un buon design, stanno producendo condizioni che intrinsecamente non possono mai produrre fuliggine.

"Allo stesso tempo, la fiamma è più forte, rendendolo più resistente all'estinzione locale, che porterebbe a combustione incompleta e inquinamento, " ha detto Axelbaum. "Quindi questi sono due ottimi risultati del design della fiamma".

Allora perché accendere un fuoco nello spazio?

Da quando gli uomini accendono fuochi, ci sono ancora domande senza risposta sulla natura della combustione. Per uno, ci sono teorie in competizione sul motivo per cui questo approccio alla combustione produce fiamme che non possono produrre fuliggine.

"È una domanda fondamentale, "Axelbaum ha detto, "e ci sono due teorie in competizione per interpretare i nostri risultati". Una teoria è che la risposta è correlata al campo di flusso, in particolare il flusso dei gas nella fiamma. L'altra teoria postulato da Axelbaum, è che la soppressione della fuliggine è legata a una proprietà intrinseca della struttura della fiamma, e non correlato al flusso del fluido. Se è così, questo può avere importanti implicazioni su come sopprimere la fuliggine nei processi di combustione.

"Sulla terra, se hai una fiamma, dire una candela, la forma della fiamma sale sempre, " ha detto Axelbaum. "Questo perché i gas caldi nella fiamma non sono così densi come i gas circostanti, e così si alzano, come una mongolfiera. Così, non possiamo controllare sistematicamente questo flusso sulla Terra".

In un ambiente di microgravità, in cui gli effetti della gravità sono significativamente più deboli che sulla Terra, una fiamma non si alza. Infatti, le fiamme nell'esperimento di Axelbaum sulla ISS formano sfere.

Se la combustione senza fuliggine è una funzione del campo di flusso, poi in microgravità, la stessa miscela di ossigeno e carburante infuso di azoto creerà fuliggine. Ma se la soppressione della fuliggine è legata a proprietà inerenti alla struttura della fiamma, i ricercatori dovrebbero vedere la stessa cosa nello spazio:niente fuliggine.

I ricercatori potranno anche misurare quanto dura la fiamma, che indica quanto è forte. Ancora, si aspettano che sia più forte di una fiamma che brucia con una miscela di azoto e ossigeno (aria) a causa della struttura della fiamma.

"Andremo nello spazio per fare ricerche fondamentali, per ottenere una comprensione più profonda della scienza della combustione, " ha detto Axelbaum.

"Andiamo nello spazio per ottenere un ambiente controllato diverso da quello che hai quaggiù, " ha detto. "La conoscenza che acquisiamo può essere tradotta in ciò che sta accadendo sulla Terra, per ottenere una combustione più rispettosa dell'ambiente."