Motori aeronautici per cieli più puliti

Finanziata ricerca europea di ingegneria meccanica, guidata dall'Ateneo, per la realizzazione di motori aeronautici più ecologici.
Archivio fotografico 123rf.com - Riproduzione riservata
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Un progetto europeo a guida UNIFI, che studia un sistema di combustione innovativo per motori aeronautici per ridurre fortemente le emissioni inquinanti di biossido di azoto, ha ottenuto il finanziamento nell’ambito del programma quadro di ricerca europeo Horizon 2020. Ne parliamo con il coordinatore Antonio Andreini, ricercatore presso il Dipartimento di Ingegneria industriale.

Da dove nasce l’idea di questo progetto?

L’idea nasce da una joint venture tra quattro Atenei: il KIT (Karlsruhe Institute of Technology, Germania), l’Université de Rouen (Francia), l’Università del Salento e l’Ateneo fiorentino con il ruolo di coordinatore. A Firenze sui temi dello scambio termico e della combustione nelle macchine, con particolare interesse verso le turbine a gas e i motori aeronautici, lavora da anni il team di ricerca HTC (Heat Transfer and Combustion) Group, guidato da Bruno Facchini, docente di Sistemi per l’energia e l’ambiente.

Qual è l’entità del finanziamento?

Il budget complessivo del progetto, denominato CHAiRLIFT (Compact Helical Arranged combustoRs with lean LIFTed flames), è di circa 1.3 milioni di Euro, di cui circa 320mila destinati ad UNIFI.

Si tratta di una ricerca che riveste un grande valore per l’ambiente. Perché è necessario ridurre il biossido di azoto?

E’ noto che l’aria è costituita quasi per l’80% di azoto che in condizioni normali è inerte. Ma quando si superano temperature oltre i 2000 Kelvin l’azoto reagisce con l’ossigeno formando ossidi che vengono scaricati nell’atmosfera. In particolare il biossido di azoto è acido, aggressivo per le vie respiratorie e contribuisce alle piogge acide. Negli aeroplani questa emissione inquinante si forma nelle camere di combustione, dove si superano, nei normali sistemi, i 2300 K di temperatura.

Cosa si fa allo stato attuale per ridurre le emissioni?

Occorre ridurre la temperatura della combustione. Sappiamo che per bruciare 1 chilogrammo di combustibile, sono necessari tot chilogrammi di aria, è il cosiddetto valore stechiometrico. Le attuali strategie di controllo del biossido di azoto si basano sull’uso, nella zona primaria del combustore, di miscele ricche, che, rispetto al valore stechiometrico, difettano di aria. Oppure utilizzano l’esatto opposto, le miscele magre, con eccesso di aria rispetto al valore. In entrambi i casi – miscela ricca e miscela magra – la temperatura della combustione si abbassa rispetto a quanto avverrebbe con la miscela composta in base al valore stechiometrico.

Esiste, però, una grossa differenza sul piano dell’impatto ambientale…

È chiaro che la miscela magra inquinerebbe complessivamente di meno, considerando anche le emissioni di particolato solido (fumo), ma la soluzione attualmente più diffusa è la miscela ricca.

Ecco perché l’Unione Europea sta provando a correre ai ripari

Il costante aumento del traffico aereo su scala globale (si parla di tassi di crescita del volume di passeggeri di oltre il 5% annuo) e la sostanziale mancanza di alternative concrete alla propulsione aerea basata sulla turbina a gas e quindi sulla combustione, costringono gli enti internazionali di controllo dell’aviazione civile (prime fra tutte l’ICAO – International Civil Aviation Organization) a pianificare limiti sulle emissioni inquinanti sempre più stringenti per i prossimi anni. E la piattaforma di ricerca che, all’interno di Horizon 2020, la Commissione Europea ha lanciato in questi anni in partnership con le principali industrie aeronautiche europee non a caso si chiama Clean Sky. Cieli puliti, appunto.

Qual è l’obbiettivo del vostro progetto?

Progettare e testare nuove camere di combustione, capaci di utilizzare miscele ultramagre con combustione a bassa temperatura. E’ una bella sfida, anche perché una fiamma che brucia a temperature molto più basse del consueto si spegne con maggiore facilità e ha bisogno quindi di essere stabilizzata, per garantire agli aerei una propulsione costante in ogni condizione operativa ed ambientale.

Quale soluzione pensate di adottare per la stabilizzazione della combustione?

A medio termine (si parla di 2035 come applicazioni industriali) pensiamo a una inusuale disposizione elicoidale dei bruciatori all’interno della camera di combustione e, come soluzione di lungo termine, per applicazioni entro il 2050, progettiamo l’uso di getti di plasma, un gas applicato a temperature molto alte, con piccole scariche a una certa frequenza che mantengano la combustione stabile.

Il progetto CHAiRLIFT rappresenta il terzo progetto della piattaforma Clean Sky 2 finanziato al gruppo di ricerca HTC Group del Dipartimento di Ingegneria industriale, il secondo coordinato da Antonio Andreini.


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