Macchine che funzionano a nanoparticelle di metallo
I motori a combustione interna dominano il mercato dei trasporti. La combustione di combustibili fossili in presenza di un ossidante (solitamente aria) converte l’energia chimica presente nei legami molecolari in energia meccanica utile, ma produce anche dannose emissioni di gas (gas serra). Tra le molte soluzioni ecologiche all’orizzonte, figurano i veicoli alimentati a idrogeno e a batteria agli ioni di litio. Per la prima volta, nell’ambito del progetto COMETNANO (Technologies for synthesis, recycling and combustion of metallic nanoclusters as future transportation fuels), gli scienziati finanziati dall’UE hanno studiato il potenziale delle nanoparticelle di metallo, ossia particelle di metallo diecimila volte più piccole rispetto allo spessore di un capello umano, al fine di utilizzarle come carburante ecologico per motori a combustione interna. Idealmente, la combustione dei metalli produce energia e ossidi metallici senza emissioni nocive. Il consorzio ha studiato la fattibilità di una combustione pulita insieme al riciclo del combustibile esausto tramite tecnologie rinnovabili. In base agli studi di disponibilità, tossicità, prezzo di mercato e densità di potenza, gli studiosi hanno selezionato metalli come ferro, alluminio e boro, per un ulteriore studio. I risultati dei test preliminari, con simulazione del motore, hanno messo in evidenza la promessa di una combustione ferro-aria. La combustione alluminio-aria è stata studiata a causa di un più vasto interesse scientifico, sebbene l’alluminio abbia dimostrato di possedere dei parametri di combustione meno favorevoli, maggiori costi di produzione e un impatto ambientale superiore. Gli studi completi portati avanti durante il progetto, hanno analizzato il meccanismo fondamentale della combustione di nanoparticelle di ferro. COMETNANO ha sviluppato modelli di simulazione su misura per la combustione ferro-aria sulla base dei dati sperimantali che descrivono i principali principi che controllano i processi di flusso di dispersione, iniezione e combustione. Contemporaneamente, è stato sviluppato un processo per lo sfruttamento dei rifiuti a base di ferro provenienti dalle industrie siderurgiche per la sintesi di nanoparticelle di ferro, ed è stata adottata con successo la procedura di sintesi in condizioni di laboratorio. Inoltre, i ricercatori hanno testato con successo un nuovo sistema per la preparazione di nanoparticelle di metallo, come prova di concetto. Il progetto COMETNANO ha anche valutato il potenziale rischio di esposizione delle nanoparticelle, per la salute umana. Il consorzio ha dimostrato che la tecnologia raggiunge un recupero delle nanoparticelle usate pari al 100 %, grazie ad approcci personalizzati relativi alla consolidata tecnologia di filtrazione diesel per particolato. È stato avviato uno studio sulla tossicità delle nanoparticelle, il quale ha incluso studi sugli scenari di guasto parziale riguardo alla combustione e semplici moduli “fail-safe”. Un’analisi dei costi ha indicato che, in base a determinati prerequisiti, i combustibili metallici potrebbero diventare competitivi rispetto ai combustibili fossili soggetti a tassa sulla CO2, e meno costosi rispetto a molti altri combustibili alternativi e rinnovabili. Il progetto COMETNANO ha dimostrato con successo la fattibilità dell’utilizzo di nanoparticelle metalliche come combustibile per i motori a combustione interna. I risultati aprono la strada per un’ulteriore ricerca e sviluppo, con importanti potenziali benefici per il settore automobilistico e metallurgico, anche per quanto riguarda l’ambiente.
Parole chiave
Nanoparticelle di metallo, carburante esausto, motori a combustione interna, COMETNANO, combustibile esausto, combustione ferro-aria
