Simulare e comprendere quello che avviene all’interno dei motori durante la combustione così da renderli più efficienti, ridurre l’emissione di inquinanti e guidare la transizione verso combustibili sostenibili, come l’idrogeno: è uno dei grandi obiettivi di chi lavora allo Spoke 6, ‘Applicazioni Multiscala di Modellizzazione e Ingegnerizzazione’, di Icsc, il Centro nazionale di ricerca in high performance computing, Big Data e quantum Computing.
“La transizione energetica dovrà necessariamente passare ancora dalla combustione perché esistono alcuni settori, come l’aviazione oppure la metallurgia, dove serve e servirà ancora disporre di tanta energia concentrata in poco tempo e in poco spazio", ha detto all’ANSA l’esperto di propulsione aeronautica Riccardo Malpica Galassi, dell’Università Sapienza di Roma.
L’obiettivo è allora ridurne l’impatto ambientale, in particolare eliminare i prodotti finali indesiderati”. Per farlo l’unico modo è esplorare nei più piccoli dettagli tutte le singole reazioni chimiche che avvengono all’interno di una camera di combustione, il cuore dei motori termici, in ogni scala non solo microscopica ma anche a livello temporale.
“La combustione è un fenomeno multiscala, in cui i processi che avvengono su scale macroscopiche influenzano quelli su scala microscopica, e viceversa. Questo – ha aggiunto – include sia le scale spaziali, come i vortici su larga scala che interagiscono con le reazioni chimiche locali, sia le scale temporali, che spaziano da reazioni chimiche ultra-rapide a fenomeni più lenti come il rilascio di calore o la formazione di inquinanti”.
Per comprendere allora un ciclone su scala globale è necessario considerare anche le interazioni locali, come quelle di singole masse d’acqua. Perché i fenomeni locali non solo risentono del ciclone, ma contribuiscono a modificarne l’intero ciclone. “Tuttavia – ha proseguito – invece di risolvere ogni scala esplicitamente, usiamo tecniche di modellazione avanzata per includere gli effetti delle scale rapide e microscopiche nel modello globale, riducendo i costi computazionali ma preservando la precisione”.
Uno degli obiettivi, ad esempio, è sviluppare forme più adatte per l’uso dell’idrogeno, una tipologia di combustibile che garantisce molti vantaggi ma su cui ci sono ancora molte sfide aperte da superare. L’idrogeno è infatti difficile da trasportare e gestire, ad esempio per alimentare gli aerei, ma una possibile soluzione potrebbe essere l’introduzione di ammoniaca come ‘alleato’ dell’idrogeno. Tuttavia, comprendere le reazioni chimiche in questi casi è ancora una sfida, in particolare per ridurre la produzione di inquinanti indesiderati, come gli ossidi di azoto.
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