Gli ossidi di azoto (NOx) sono alcuni degli inquinanti più significativi nella nostra atmosfera:contribuiscono alla formazione di smog, piogge acide e ozono troposferico. A causa di ciò, ricercatori di combustione e aziende di motori lavorano dagli anni '80 per capire come vengono prodotti questi gas durante la combustione in modo che possano trovare modi per ridurli.

In un nuovo articolo di revisione pubblicato su Progressi nella scienza dell'energia e della combustione , i ricercatori dell'Argonne National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti e della Technical University of Denmark spiegano come hanno sintetizzato più di un decennio di studi sulla combustione per creare un nuovo modello globale di come vengono prodotti gli ossidi di azoto.

"La nostra comprensione di come questi inquinanti vengono prodotti in diversi ambienti del motore si è notevolmente approfondita."—Stephen Klippenstein, Argonne chimico

"La produzione di NOx è una delle principali preoccupazioni per le aziende di motori, " ha detto il chimico delle Argonne Stephen Klippenstein, un autore della carta. "La nostra comprensione di come questi inquinanti vengono prodotti in diversi ambienti del motore si è notevolmente approfondita".

Una vasta gamma di diverse interazioni chimiche si verificano all'interno della miscela di carburante e aria in un motore, e il nuovo modello identifica diverse vie per la formazione di NOx.

In un percorso, chiamato prompt NO (monossido di azoto), l'azoto atmosferico si combina con il carbonio per formare un intermediario di un carbonio e due atomi di azoto, che alla fine si combinano con l'ossigeno per formare monossido di azoto. In un altro percorso, chiamato NO termico, il monossido di azoto è prodotto direttamente da azoto e ossigeno. In un terzo, chiamato carburante NO, un composto di azoto, carbonio e ossigeno costituiscono il passaggio intermedio sulla via del monossido di azoto.

"Cercare di mettere insieme questi percorsi per creare un modello che riproduca accuratamente le osservazioni sperimentali è sempre stato un po' un gioco di ipotesi, " ha detto il chimico di Argonne Branko Ruscic, un altro autore dello studio. "Però, perché così tanti scienziati di tutto il mondo stanno contribuendo con informazioni su diversi segmenti del quadro più ampio, siamo più vicini che mai a un modello che rappresenti veramente la realtà".

Secondo Klippenstein, una delle caratteristiche principali del processo di combustione, la temperatura, fa una grande differenza nella quantità di NOx prodotta. "La temperatura influenza la vita delle molecole nella miscela, " ha detto. "Essere in grado di modellare e prevedere con precisione il comportamento di alcune molecole di vita estremamente breve è di fondamentale importanza per determinare i percorsi della reazione".

"Se riesci a far funzionare il motore a una temperatura più bassa, puoi evitare la formazione di gran parte degli NOx, " Ha aggiunto.

Un altro fattore nel processo di combustione che influisce notevolmente sulla produzione di NOx riguarda ciò che i ricercatori chiamano la ricchezza della miscela di carburante, ovvero, la proporzione di carburante rispetto all'aria quando avviene la combustione nel motore. I motori che funzionano più ricchi avranno molecole con più gruppi metilici, Ruscic ha detto, che tendono a favorire la formazione di NOx.

"Stiamo arrivando a un punto in cui comprendiamo abbastanza bene la produzione di NOx, " ha detto Ruscic. "È davvero un buon esempio del trionfo della scienza comunitaria".

"È come mettere insieme un puzzle in cui alcuni pezzi sembrano combaciare ma non sono ancora stati dipinti, " ha detto Klippenstein. "Il nostro ruolo è capire come dipingere qualche pezzo in più in modo che i nostri collaboratori possano mettere insieme meglio il quadro".

Lo studio, "Modellazione della chimica dell'azoto nella combustione, " apparso il 22 febbraio in Progressi nella scienza dell'energia e della combustione .