Le particelle di fuliggine formano complesse strutture a catena chiamate aggregati frattali. Credito:Hafiz Amin
Far funzionare motori diesel e turbine a gas ad alta pressione per aumentare la potenza e l'efficienza è dannoso per l'ambiente. La combustione di carburante ad alta pressione può modificare in modo significativo le particelle di fuliggine prodotte, William Roberts del KAUST Clean Combustion Research Center e il suo team hanno dimostrato. Lo studio dei fattori che influenzano la formazione di fuliggine dovrebbe portare a nuovi modi per ridurre le emissioni di fuliggine, dice Hafiz Amin, primo autore del saggio.
La fuliggine è un importante inquinante globale, dannoso per la salute umana e il secondo maggiore contributore al riscaldamento globale dopo l'anidride carbonica. La sostanza complessa comprende singole nanoparticelle che sono collegate tra loro in strutture a catena chiamate aggregati frattali. Poiché l'effetto delle particelle di fuliggine sulla salute umana dipende fortemente dalla struttura della fuliggine, il team è stato motivato a comprendere i processi di formazione. "La formazione della fuliggine è la chiave per controllarne le emissioni, " Dice Amin. Ma l'effetto che una pressione elevata ha sulla produzione di fuliggine non è ben compreso. Roberts e il suo team hanno sviluppato un metodo efficiente per il campionamento della fuliggine che fornisce nuove informazioni sulla formazione della fuliggine.
Il team ha sviluppato un modo per campionare, a pressioni fino a 10 atmosfere, le particelle di fuliggine prodotte in una fiamma laminare chiamata fiamma a diffusione in controcorrente. Il bruciatore in controcorrente produce un flusso orizzontale, fiamma di forma circolare stabile ed uniforme. "La fiamma controcorrente ci consente di controllare la fluidodinamica della fiamma e richiede meno potenza di calcolo per la modellazione, " spiega Anthony Bennett, co-autore dell'articolo e attuale dottorato di ricerca. studente nella squadra di Roberts. I ricercatori hanno raccolto la fuliggine dalla fiamma utilizzando una sottile rete di rame rivestita di carbonio tenuta da un braccio robotico azionato pneumaticamente che spara rapidamente per raccogliere un campione di fuliggine con il minimo disturbo alla fiamma.
Bill Roberts (a destra) e Anthony Bennet con il recipiente a pressione utilizzato dal gruppo per eseguire gli esperimenti. Attestazione:KAUST
Il team ha analizzato i campioni di fuliggine utilizzando la microscopia elettronica a trasmissione e ha osservato che una pressione elevata aumentava significativamente la dimensione delle particelle di fuliggine. Il diametro medio delle particelle di 17,5 nanometri a 3 atmosfere di pressione è salito a 47 nanometri a 10 atmosfere.
"Questo dimostra l'importanza dell'influenza della pressione sulle emissioni di fuliggine, "dice Bennet.
Ora che hanno sviluppato un'efficace configurazione sperimentale ad alta pressione e una procedura di campionamento della fuliggine, il team ha in programma molti altri esperimenti, dice Amin. "Vorremmo estendere le indagini a una pressione di 40 atmosfere, che è rilevante per la pressione di esercizio delle turbine a gas, " lui dice.
Il team vorrebbe anche studiare come la diversa chimica del carburante e i tempi di permanenza influenzino la produzione di fuliggine a pressione elevata. "Le nostre attuali strutture sperimentali forniscono il controllo per eseguire tali indagini, "dice Amin.
