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L’esperimento Cnr sui biocombustibili in assenza di gravita’

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Dopo aver raggiunto nei giorni scorsi la Stazione Spaziale Internazionale (Iss) nell’ambito della missione Asi-Nasa “Volare”, il ‘nostro’ astronauta Luca Parmitano sarà adesso coinvolto direttamente in una serie di esperimenti, che lo ‘terranno impegnato’ durante i suoi sei mesi di permanenza previsti dalla missione. Tra essi, particolare rilevanza avrà l’esperimento Ice (Italian Combustion Experiment) che, nell’ambito del programma Green Air, prevede lo studio di combustibili e biocombustibili nello spazio, in condizione di microgravità.

Il programma di ricerca messo a punto all’Istituto motori del Consiglio nazionale delle ricerche (Im-Cnr) di Napoli punta a sviluppare carburanti innovativi a basso impatto ambientale, biocombustibili di seconda/terza generazione e altri surrogati.

Una migliore comprensione del processo di riscaldamento, evaporazione e combustione di combustibili ad alta pressione è di fondamentale importanza per lo sviluppo di tecnologie di combustione nei motori e sistemi energetici di nuova generazione. Grazie all’assenza di gravità, potranno essere create condizioni sperimentali uniche, che consentiranno di esplorare processi e reazioni non realizzabili sulla terra.

Nella prima fase verrà analizzata “la combustione di singole gocce di miscele binarie di ‘surrogati’ al variare della pressione e della percentuale di ossigeno in condizione di microgravità sulla Stazione spaziale internazionale (Iss)”, come spiega Patrizio Massoli, dirigente di ricerca dell’Im-Cnr. L’assenza di gravità “permette la semplificazione della geometria e della fluidodinamica del processo che da tridimensionale diventa monodimensionale (simmetria sferica o radiale)”, continua il ricercatore, “e di conseguenza i processi di trasferimento di massa e calore, consentendo quindi una maggiore focalizzazione sui processi fisico-chimici che avvengono durante il processo di combustione. La simmetria sferica consente, inoltre, la perfetta modellazione del processo con notevoli vantaggi per lo sviluppo della simulazione numerica di combustibili innovativi da utilizzare in codici fluidodinamici tridimensionali”.

La composizione dei biocombustibili varia in funzione della biomassa iniziale, delle condizioni stagionali e del processo di trasformazione: in base al processo produttivo impiegato è possibile ottenere combustibili completamente diversi pur utilizzando la stessa biomassa. “Per questo è difficile poter definire un comportamento univoco dal quale estrarre leggi generali. Si ricorre, pertanto, ai ‘surrogati’: composti che pur possedendo alcune proprietà fisico-chimiche simili ai biocombustibili sono composti puri”, continua Massoli. “Definiti i composti base che caratterizzano la struttura del biocombustibile risulterebbe allora possibile sintetizzare il suo ‘modello’ modulandone la composizione in termini di surrogati. Idealmente, le proprietà di combustione di un qualsiasi biocombustibile potranno essere determinate dalla conoscenza di quelle dei surrogati che compongono il suo ‘modello’”.

L’obiettivo dello studio è il raggiungimento di una riduzione dei consumi e dell’impatto ambientale dei sistemi per la generazione di energia in impianti stazionari e per la propulsione spaziale aerea, marittima, terrestre.

Parallelamente alla sperimentazione sulla Iss una parte degli studi verrà condotta nei laboratori dell’Im-Cnr a terra. Questi consentiranno di effettuare uno screening preliminare degli studi da condurre sulla Iss, ma anche di portare avanti esperimenti in condizioni complementari a quelle realizzate in microgravità, che consentiranno di evidenziare le trasferibilità dei risultati ottenuti a gravità zero.

“La sperimentazione verrà condotta utilizzando sia una cella di combustione per lo studio di gocce di uguali dimensioni a quelle studiate sulla Stazione spaziale internazionale, sia un sistema particolarmente complesso di fasci laser, ‘optical tweezers’ (pinzette ottiche). “Tale sistema consente di catturare e sospendere in aria gocce di combustibile di alcune decine di micron senza alcun sistema meccanico, ma utilizzando unicamente luce laser”, spiega ancora il ricercatore.

In altri termini, le particelle sono catturate e sospese da fasci luminosi. “Il sistema sviluppato utilizza una combinazione originale di fasci laser che oltre a catturare e sospendere le goccioline servono alla loro caratterizzazione mediante diagnostica laser avanzata”, conclude Massoli.

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