Nuovi progetti di motori ad alta efficienza energetica potrebbero ridurre significativamente l'impatto ambientale dei veicoli, soprattutto se i motori funzionano con combustibili rinnovabili non a base di petrolio. Garantire che questi combustibili non convenzionali siano compatibili con i motori di prossima generazione era l'obiettivo di un nuovo studio computazionale sul comportamento di accensione del carburante presso la KAUST.

Il gruppo, guidato da Hong Im presso il KAUST Clean Combustion Center, studiato l'accensione di formulazioni di carburante a base di metanolo. "Il metanolo è considerato un carburante promettente sia dal punto di vista economico che ambientale, "dice Wonsik Song, un dottorato di ricerca studente nel team di Im. Il metanolo può essere prodotto in modo rinnovabile come biocarburante o mediante una reazione elettrochimica solare che produce metanolo dall'anidride carbonica. Però, il carburante a metanolo puro non è adatto ai motori più recenti.

I motori a benzina convenzionali usano una scintilla per accendere il carburante. Alcuni moderni motori a benzina possono passare alla modalità di accensione per compressione, funziona come un motore diesel in determinate condizioni per massimizzare l'efficienza del carburante. Ma il metanolo non è abbastanza reattivo per l'accensione per compressione, dice Canzone. "Il nostro approccio è quello di miscelare un carburante più reattivo, dimetiletere (DME), con metanolo per creare una miscela di carburante utilizzabile nei motori ad accensione per compressione che forniscono una migliore efficienza di combustione rispetto alla controparte ad accensione comandata."

Il team ha utilizzato l'analisi computazionale per studiare la chimica della combustione del metanolo-DME. Poiché la combustione è troppo complessa per essere simulata completamente in modo efficiente, i ricercatori hanno prima generato un modello scheletrico del processo in cui le reazioni periferiche sono state eliminate.

"Partendo dal modello dettagliato, comprese 253 specie chimiche e 1542 reazioni, abbiamo generato un modello scheletrico comprendente 43 specie e 168 reazioni che descrivono accuratamente le caratteristiche di accensione e combustione del metanolo e del DME, " spiega Efstathios Tingas, un membro postdottorato del team di Im.

I ricercatori hanno dimostrato che il DME dominava i percorsi di reazione durante la fase iniziale di accensione ed era un promotore di accensione altamente efficace. Hanno anche esaminato l'effetto dell'aumento della temperatura dell'aria iniziale per simulare i punti caldi che potrebbero svilupparsi all'interno del motore. "Alle alte temperature, Il DME in realtà ritarda leggermente l'accensione, perché la chimica del DME si basa sulla formazione di alcune molecole altamente ossigenate, che sono intrinsecamente instabili a temperature più elevate, " dice Tinga. Tuttavia, ad alte temperature il metanolo stesso diventa altamente reattivo. Hanno anche studiato gli effetti del DME sui tempi di accensione.

"Questo studio serve come linea guida di base per studiare l'accensione di miscele di metanolo e DME nei motori a combustione con modalità di accensione per compressione, " dice Song. Il prossimo passo sarà eseguire simulazioni più complesse che incorporino gli effetti della turbolenza sull'accensione del carburante, Aggiunge.