A sinistra:strutture vorticose di flussi vorticosi. A destra:schema di miscelazione di due flussi di ammoniaca con il flusso d'aria vicino ai vortici, situato nella parte inferiore della figura. I colori indicano la distribuzione della frazione molare di ammoniaca, con maggiori quantità di molecole di ammoniaca in rosso, e quantità inferiori in blu. Credito:Taylor &Francis
Nuove simulazioni indicano che l'ammoniaca vorticosa nelle camere di combustione può aiutare a ridurre le emissioni nocive:informazioni che possono aiutare gli sforzi in corso per sviluppare l'ammoniaca come fonte di carburante priva di carbonio.
I ricercatori in Giappone hanno identificato un modo per ridurre le emissioni nocive prodotte dal carburante ad ammoniaca. Implica il vortice del gas con l'aria come parte del processo di generazione di energia. La scoperta aiuta a far progredire la ricerca sull'ammoniaca come alternativa ai carburanti a base di carbonio per auto, aeroplani, e impianti di generazione di energia.
ammoniaca (NH 3 ) è un composto che contiene un atomo di azoto e tre di idrogeno. È in fase di studio come fonte di carburante alternativa per diversi motivi. Contiene molto idrogeno, ma è meno costoso e meno infiammabile dell'idrogeno puro, rendendo più sicuro il trasporto. Esistono già impianti di produzione perché l'ammoniaca è ampiamente utilizzata nei fertilizzanti.
Finora, l'ammoniaca è stata considerata un combustibile quando miscelata con la benzina, diesel, idrogeno e metano per ridurre la percentuale di combustibili a base di carbonio e le loro emissioni che contribuiscono al cambiamento climatico. Lo sviluppo dell'ammoniaca come fonte di combustibile puro rimane una sfida, in parte perché durante il processo di combustione vengono prodotti livelli relativamente elevati di emissioni nocive di ossido di azoto.
L'ossido nitrico è noto per essere dannoso per la salute umana, contribuisce alla riduzione dell'ozono, e quando reagisce con altri composti, contribuisce alle piogge acide e al riscaldamento atmosferico.
Un team dell'Istituto di scienze dei fluidi dell'Università di Tohoku in Giappone ha utilizzato supercomputer per eseguire "simulazioni di grandi vortici" per analizzare come si comporta il combustibile ad ammoniaca in diverse condizioni di combustione, e per vedere se è teoricamente possibile ridurre le emissioni di ossido nitrico.
Nello specifico, hanno analizzato cosa è successo quando l'ammoniaca è stata fatta vorticare insieme all'aria all'interno di una camera di combustione teorica a pressioni diverse. Hanno confrontato i risultati con quelli di ammoniaca e aria premiscelata prima di entrare in camera di combustione, che è noto per produrre meno emissioni di ossido nitrico in condizioni di elevato rapporto aria/carburante.
Hanno scoperto che vorticoso non uno, ma due flussi di gas ammoniacale con un flusso d'aria hanno ridotto le emissioni di ossido nitrico a livelli pari ai processi premiscelati. Rendendo irregolare il volume dei due flussi di ammoniaca tra i vortici più interni ed esterni:il 60 percento e il 40 percento del carburante totale iniettato, rispettivamente, ha portato a una distribuzione più uniforme del carburante e dell'aria in tutta la camera di combustione, che ha prodotto minori emissioni di ossido di azoto.
Ancora, i livelli di emissione erano superiori alle normative ambientali giapponesi per le turbine a gas. I ricercatori hanno in programma di testare successivamente se l'iniezione di aria a valle del combustore riduce ulteriormente le emissioni.
