L’accensione laser inaugura u… – Information Centre – Research & Innovation
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La preoccupazione a livello mondiale circa limpatto negativo delle emissioni di gas serra sulla salute e sullambiente hanno portato alla nascita di azioni concertate. La Commissione europea, ad esempio, ha imposto severi limiti sulle emissioni prodotte dal settore industriale e da quello dei trasporti, e sta investendo nella ricerca sullenergia pulita.
Malgrado ciò, è ampiamente risaputo che i motori alimentati a combustibili fossili continueranno a essere utilizzati fin quando soluzioni alternative (come le auto elettriche) non diventeranno accessibili su larga scala. «Anche se tali alternative fossero ampiamente disponibili, i motori a combustione interna resterebbero comunque necessari», afferma Nicolaie Pavel, coordinatore del progetto LASIG-TWIN presso lIstituto nazionale di fisica dei laser, del plasma e delle radiazioni (INFLPR) in Romania.
Studiare laccensione laser
Lobiettivo del progetto LASIG-TWIN, finanziato dallUE, era quello di sondare tecniche più efficienti per laccensione dei combustibili nei motori a combustione interna, come quelli che si trovano nelle automobili. Fin dallinizio del XX secolo, laccensione dei veicoli avviene mediante una scintilla elettrica prodotta dalle candele. Il team del progetto ha cercato di capire se sistemi di accensione alternativi, come laccensione laser, possano rendere più efficienti i motori a combustione.
«Volevamo comprendere meglio i vantaggi dellaccensione laser», spiega Pavel. «Per fare ciò, abbiamo creato una rete tra lINFLPR (e il suo laboratorio di elettronica quantistica dello stato solido situato in Romania) e altri quattro prestigiosi istituti in Francia, in Germania e nel Regno Unito. Particolare importanza è stata data alla formazione e alla condivisione delle esperienze di apprendimento nel campo dellaccensione laser».
Allinterno della rete sono state esaminate e testate una serie di tecniche, tra cui metodi per imballare e saldare materiali ottici e metallici necessari per la costruzione di candele di accensione laser. Inoltre, sono state organizzate visite presso gli istituti partner per condividere informazioni e condurre esperimenti congiunti.
«Tali visite sono state spesso accompagnate da workshop, a cui hanno partecipato università, istituti di ricerca e aziende private», aggiunge Pavel. «In questo modo siamo riusciti ad accrescere linteresse dei partner industriali nei confronti dellaccensione laser, ottenendo un più ampio riconoscimento».
Si sono inoltre tenute due scuole estive per studenti e giovani ricercatori nel campo dellaccensione laser, con lezioni offerte da ricercatori esperti del progetto e professori universitari. Eventi internazionali quali la Conferenza sullaccensione laser, che si è svolta a Bucarest nel 2017, hanno contribuito anchessi ad accrescere la visibilità del progetto.
Combustione efficiente sotto il profilo energetico
La cooperazione e la formazione tra paesi hanno consentito di sviluppare con successo un prototipo di candela di accensione laser. I risultati sono stati pubblicati in un articolo, scaricato da moltissimi utenti, sulla rivista Optical Engineering. Nel 2018, linnovazione è stata collaudata sul motore a quattro cilindri a iniezione di carburante multipunto di unautovettura a benzina.
«La novità di questi test risiede nel fatto che il motore era alimentato da miscele aria-benzina magre (ovvero miscele in cui la concentrazione di aria rispetto al combustibile è superiore a quella abituale)», osserva Pavel. Ciò significa che il carburante in questione è meno inquinante. «Siamo stati anche in grado di dimostrare che laccensione laser di queste miscele aria-benzina magre può effettivamente migliorare le prestazioni del motore rispetto allaccensione mediante scintilla elettrica prodotta dalle candele».
I risultati potrebbero portare anche allo sviluppo di un sistema di accensione laser compatto per motori a gas stazionari, del tipo usato nelle fabbriche e nelle centrali elettriche, che consentirebbe una combustione efficiente e potente, con emissioni inferiori. Si spera inoltre che laccensione laser possa essere utilizzata nei motori alimentati a miscele ultra magre di idrogeno e aria ad alta pressione.
Pavel è fiducioso che laccensione laser troverà impiego in applicazioni specifiche, ad esempio nei sistemi di propulsione per il trasporto spaziale del futuro, o verrà impiegata per il funzionamento di grandi motori alternativi a gas naturale. Allo stesso tempo, linteresse per questa applicazione laser dipende dalla capacità di coinvolgere i produttori di auto, motivandoli a investire nella ricerca e nelle risorse materiali necessarie.
«Occorre tener presente che i sistemi di accensione laser diventeranno più economici solo se verranno implementati su larga scala», afferma Pavel. «Inoltre, sono necessari ulteriori test per far sì che questi dispositivi possano competere con laccensione mediante candele, semplice e poco costosa», afferma Pavel.
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