Simulare e comprendere i processi che avvengono all’interno dei motori durante la combustione è diventato fondamentale per l’industria, specialmente in un contesto globale che chiede sempre più soluzioni sostenibili e a basse emissioni. Presso lo Spoke 6 del Centro nazionale di ricerca Icsc, che si occupa di high performance computing, Big Data e quantum computing, si stanno facendo passi significativi per ottimizzare i motori, rendendoli più efficienti. Uno degli obiettivi principali è ridurre le emissioni inquinanti e favorire la transizione verso combustibili alternativi, tra cui l’idrogeno.
La transizione energetica è un tema cruciale, che non può ignorare il processo di combustione. Secondo Riccardo Malpica Galassi, esperto di propulsione aeronautica dell’Università Sapienza di Roma, alcuni settori, come quello dell’aviazione e della metallurgia, necessitano ancora di energia ad alta densità. Ciò significa che la ricerca non può abbandonare completamente i motori a combustione, ma deve concentrarsi sul ridurne l’impatto ambientale. L’obiettivo è dunque quello di eliminare i prodotti finali indesiderati che derivano dal processo di combustione.
Un aspetto fondamentale nella comprensione di questo processo è l’analisi delle reazioni chimiche che si verificano all’interno di una camera di combustione. Questa non è solo una questione di analisi microscopica, ma richiede di osservare le interazioni a livello temporale e spaziale. La combustione è, infatti, un fenomeno complesso e multiscala: le dinamiche macroscopiche influenzano quelle microscopiche e viceversa, creando interazioni intricate.
La multiscalarità della combustione
Quello che rende la combustione così affascinante e complessa è proprio la sua natura multiscala. Le reazioni chimiche che avvengono in un motore non si limitano alla camera di combustione, ma si intrecciano con fenomeni più ampi: pensate ai vortici d’aria che possono influenzare le condizioni operative del motore stesso. I processi chimici non solo si manifestano su scale temporali diverse, ma anche sulle scale spaziali. Questo vuol dire che, per capire i processi più ampi, è cruciale considerare anche le interazioni locali.
Per giungere a una comprensione globale è necessario non solo osservare il sistema nel suo insieme ma anche analizzare i dettagli più minuti, per esempio, le masse d’acqua che interagiscono con un ciclone atmosferico. Alla luce di ciò, invece di risolvere ogni scala in modo dettagliato e potenzialmente costoso in termini di calcolo, gli scienziati adottano tecniche di modellazione avanzata. Questo approccio permette di includere gli effetti delle scale microscopiche nel modello globale, conservando così la precisione pur riducendo i tempi e i costi computazionali.
Una nuova frontiera: l’idrogeno e l’ammoniaca
Un obiettivo importante del progetto è lo sviluppo di forme più adatte all’utilizzo dell’idrogeno come combustibile. L’idrogeno presenta numerosi vantaggi, ma ci sono molte sfide da affrontare per la sua implementazione. Magari il problema principale è come trasportarlo e gestirlo, specialmente in contesti come l’aviazione. Una proposta interessante per affrontare questa sfida è l’uso dell’ammoniaca come “alleato” per l’idrogeno. Tuttavia, le reazioni chimiche che si generano in questo contesto sono ancora poco comprese e quindi rappresentano un campo di studio attivo.
La sfida maggiore rimane quella di ridurre al minimo la quantità di inquinanti indesiderati che possono essere prodotti. Per esempio, la formazione di ossidi di azoto è un problema noto associato alla combustione di idrogeno. Capire come controllare e ottimizzare queste reazioni chimiche non è solo una questione tecnologica, ma ha anche enormi implicazioni per il futuro dell’energia e dell’ambiente. La ricerca continua e ogni passo in avanti rappresenta un piccolo ma significativo passo verso un futuro più sostenibile e meno inquinante.