Perché il carburante canalizzato

Credito immagine: Dedmityay/Dreamstime

Di Roger Brereton, Pailton Engineering

Pubblicato venerdì 19 maggio 2023

Una nuova invenzione ispirata al becco Bunsen potrebbe portare a importanti progressi nella ricerca di un diesel più pulito, con implicazioni significative per il trasporto commerciale.

Un articolo del New York Times del 2016 che raccontava la storia del nostro rapporto con il diesel, dalla sua invenzione nel 1800 allo scandalo “Dieselgate” di Volkswagen, concludeva che il concetto di diesel pulito era “un ossimoro”.

I gas di scarico dei motori diesel contengono sostanze inquinanti nocive come ossidi di azoto e particelle di fuliggine. Sebbene i governi dalla fine degli anni ’90 in poi ne abbiano incoraggiato l’adozione, nella convinzione che fossero più rispettosi dell’ambiente rispetto agli equivalenti benzina, da allora si è sostenuto che le auto diesel producono più di quattro volte più inquinamento.

Per il settore automobilistico, la soluzione è stata l’introduzione di normative volte a scoraggiare l’uso di veicoli diesel, accelerando al tempo stesso la diffusione delle alternative elettriche. Per i veicoli commerciali, però, la cosa non è così semplice. Nonostante tutta la cattiva pubblicità che il diesel ha attirato negli ultimi anni, semplicemente non c’è nulla che possa eguagliare questo carburante in termini di densità energetica, affidabilità e durata.

Elettrificare i veicoli più piccoli e leggeri è una cosa. Per gli autobus e i veicoli a lungo raggio, il diesel è di gran lunga superiore nel generare la coppia necessaria per mantenerli in movimento. Ciò non esclude la fattibilità di camion e autobus elettrici, ibridi o a idrogeno. Tuttavia, il peso di questi veicoli genera una serie di requisiti diversi che rendono più difficile lo sviluppo di alternative al motore a combustione.

Mentre alcuni sono determinati a superare le sfide legate allo sviluppo di veicoli elettrici o a idrogeno, altri si stanno concentrando sul rendere il diesel più pulito. Potrebbero volerci molti anni e ingenti investimenti infrastrutturali prima di vedere un numero significativo di camion a lungo raggio alimentati da batterie elettriche o celle a combustibile a idrogeno. Se il diesel è destinato a durare, almeno nel breve termine, allora tutto ciò che può ridurne le emissioni farà una grande differenza per il pianeta.

Se il diesel possa essere veramente “pulito” o meno è oggetto di dibattito, ma in termini relativi i miglioramenti ci sono. Una combinazione di innovazioni ingegneristiche e normative governative ha assicurato che il diesel moderno sia significativamente più pulito rispetto ai suoi predecessori. I principali sviluppi tecnologici includono progressi nelle tecnologie di iniezione del carburante e nei sistemi per il trattamento delle emissioni di scarico. Secondo il produttore DAF, le emissioni di ossido di azoto di un moderno camion con motore Euro 6 sono inferiori del 95% rispetto a camion simili di 25-30 anni fa.

Un dilemma ingegneristico ancora aperto è il compromesso tra la riduzione della fuliggine e quella dell’ossido di azoto. Un motore diesel offre una maggiore efficienza del carburante rispetto alla sua controparte a benzina, ma rilascia emissioni tossiche di ossido di azoto. Per mitigare questo problema, i gas di combustione esausti a basso contenuto di ossigeno del ciclo motore precedente vengono reimmessi nella presa d’aria. Ciò riduce la temperatura e la concentrazione di ossigeno nelle miscele aria-carburante, riducendo così la produzione di ossidi di azoto.

Lo svantaggio di questa strategia di diluizione è che a queste temperature più basse non tutto il carburante viene consumato, e ciò che rimane crea più particelle di carbonio o fuliggine parzialmente bruciate. Gli ingegneri devono quindi trovare un modo per bruciare il diesel nel modo più completo possibile, mantenendo le temperature sufficientemente basse da evitare un eccesso di ossido di azoto.

Charles Mueller, uno scienziato della combustione presso i Sandia National Laboratories negli Stati Uniti, pensa di aver trovato una soluzione a questo problema. Traendo ispirazione da un becco Bunsen, propone di dotare gli iniettori di carburante diesel di minuscoli equivalenti ai camini dei becchi Bunsen. Questi piccoli tubi metallici verrebbero installati a breve distanza dal foro dell'ugello dell'iniettore e si allineerebbero con il flusso di carburante. Proprio come un becco Bunsen quando brucia in blu, questo garantirà che il carburante e l'aria siano miscelati più completamente e garantiscano una migliore combustione, ma alle temperature più basse necessarie per la diluizione dell'ossido di azoto.