El mundo entero está ansioso por tener una forma más ecológica de volar. Mientras que algunas personas intentan cubrir los techos de los aviones con celdas solares o llenar los tanques con biocombustibles, el investigador Nicholas Worth de NTNU está estudiando un anillo de llamas de millones de euros.
Contaminando menos
La investigación de Worth puede conducir a una reducción de las emisiones de contaminación de los motores de los aviones actuales o a hacer que el combustible ecológico sea más económico.
Algunas de las partículas de escape más dañinas son los óxidos de nitrógeno. Este es un gas inodoro e incoloro que se forma cuando los motores se queman a altas temperaturas. Este tipo de contaminación puede desencadenar problemas de función pulmonar en personas con asma. En el peor de los casos, puede desencadenar asma. El diésel emite más de este tipo de contaminación que la gasolina. Mientras los autos eléctricos no emiten ninguna de estas partículas, los aviones si emiten mucho.
Mucha contaminación en los aeropuertos
«Encontrarás muchos de estos humos en los aeropuertos. Además de eso, tienes emisiones de gases de efecto invernadero que provienen de la combustión de los aviones», dice Worth.
Mientras que algunas personas creen que las emisiones de gases de efecto invernadero de los aviones representan el dos por ciento de las emisiones globales, otras creen que la cifra es superior al diez por ciento. Quizás nadie pueda llegar a una cifra exacta, pero visto de manera individual, los vuelos son una fuente de altas emisiones per persona.
Para comprender cómo un anillo de llamas puede conducir a un transporte de aeronaves más ecológico, debemos sumergirnos en el motor de una aeronave.
Aviones propulsados por una forma de parafina
Los aviones tienen un motor de turbina de gas que funciona con gasolina de aviación. Esto se deriva del petróleo y, muy simplificado, puede denominarse aceite de lámpara, parafina o queroseno. Es fácil de encender, funciona muy bien y no es muy amigable con el medio ambiente.
Aquí es exactamente donde entra el trabajo de Worth
Independientemente de si un avión funciona con aceite de lámpara, hidrógeno, gasolina de aviación o aceite de cocina, los gases que se producen cuando se quema a alta temperatura son los que crean energía y presión para elevar el avión.
En el motor de la aeronave, el combustible se quema en una cámara de combustión en forma de anillo que contiene varias llamas individuales.
Las llamas inestables usan más gasolina
La forma de la cámara puede hacer que las llamas que consumen el combustible cambien de forma, parpadeen más o se vuelvan completamente inestables. En el lenguaje de la física, esto se llama inestabilidad termoacústica.
Las llamas que se vuelven inestables producirán más sonido, y las ondas de sonido creadas afectarán a las otras llamas en la cámara. Esto hace que sea más difícil diseñar motores de aviones que tengan bajas emisiones.
Hasta la fecha, el proceso de estudiar una llama se ha hecho una a la vez. Por el contrario, Worth estudia entre 12 y 18 llamas en un anillo, en una variedad de cámaras de combustión y con varios tipos de combustibles como el gas metano, el hidrógeno y el amoníaco.
«Las cámaras de combustión vienen en todo tipo de tamaños. En helicópteros, son pequeños, en jets son grandes y en centrales eléctricas enormes. Hasta ahora, nadie ha podido predecir si un pequeño cambio en la cámara dará como resultado un cambio para todo el motor. O cómo cambian las llamas en la cámara a medida que cambia el combustible», dice Worth.
Avance internacional
Worth ya ha obtenido resultados. Su trabajo se considera un gran avance internacional y podría ser decisivo para determinar si los fabricantes de motores pueden desarrollar nuevos motores con bajas emisiones de gases de efecto invernadero y de óxido de nitrógeno.
«Es necesario tener una comprensión básica de la física de la inestabilidad creada por las llamas para que podamos desarrollar herramientas para controlarlas y evitar la inestabilidad al diseñar motores. La gasolina de la aviación se quema de una manera, mientras que el hidrógeno se quema de una manera completamente diferente. Esto facilitará el diseño de motores que puedan quemar diferentes tipos de combustible, por ejemplo, reducirá la contaminación del escape», dice Worth.
Yara, uno de los fabricantes más grandes del mundo
El hidrógeno es un gas que se crea a partir del agua, y varios investigadores consideran que es la mejor alternativa para el combustible ecológico porque se puede producir y utilizar por completo sin emisiones de gases de efecto invernadero. Worth, por otro lado, cree que el amoníaco puede tener incluso más potencial que el hidrógeno como combustible para motores de turbina de gas.
El amoníaco es un gas incoloro que forma la base para la producción moderna de fertilizantes. Este es también el gas que se forma cuando la orina se deja en reposo, como en una letrina.
«El amoníaco es más fácil de transportar, más fácil de almacenar y se requiere menos presión para convertirlo en forma líquida que el hidrógeno. El amoníaco también se quema más lentamente que el hidrógeno», dice Worth.
La compañía noruega Yara se encuentra entre los mayores fabricantes mundiales de amoníaco. El estado noruego es el mayor accionista de Yara.
Figura 1. Los motores que funcionan con gas queman su combustible en una cámara. En el pasado, los investigadores han estudiado la combustión en estas cámaras mediante el estudio de llamas individuales, no de varias llamas en una cámara, como es común en las aplicaciones del mundo real. Nicholas Worth en NTNU estudia 12 o 18 llamas en una cámara circular.
«La investigación realizada en NTNU ayudará a reducir la emisión de contaminantes de los motores de los aviones y permitirá una mayor flexibilidad de combustible para las turbinas de gas estacionarias utilizadas para la generación de energía», dijo Worth.
Una gran parte de las emisiones de gases de efecto invernadero de Noruega provienen de centrales eléctricas a gas en plataformas petroleras en alta mar. Este gas natural es un combustible fósil.
«Si se usara amoníaco o hidrógeno en lugar de gas natural, entonces esta sería una excelente manera de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero de Noruega», dijo Worth.
Edgar Hertwich es profesor en NTNU y en la Universidad de Yale en los Estados Unidos. Él dice que las tecnologías que necesitamos para reducir las emisiones ya están disponibles. Sin embargo, las industrias continúan invirtiendo en tecnologías que queman combustibles fósiles.
Según la política actual, la temperatura aumentará en tres o cuatro grados en 2100 sin tomar ninguna medida, dijo. El mundo tiene que reducir las emisiones mucho más rápido y aspirar a cero emisiones para 2040 en lugar de 2060, si queremos limitar el calentamiento a 1.5 en lugar de 2 grados.
«Los vehículos eléctricos se han convertido en un éxito, y en algunos lugares la energía solar es competitiva en comparación con los combustibles fósiles. La reducción de costos para la energía eólica marina fuera del Reino Unido ha sido inesperadamente rápida. A pesar de todo esto, las emisiones de CO2 aumentaron un dos por ciento en 2018. El la razón es que continuamos desarrollando sistemas de energía basados en combustibles fósiles, como aeropuertos, carreteras y centrales eléctricas de carbón», dijo Hertwich.
«Las nuevas tecnologías no ayudarán si no aprovechamos la oportunidad para alejarnos de las antiguas. Es una paradoja que la energía de los combustibles fósiles aún reciba más subsidios que las energías renovables».
Noticia de: techxplore.com / Traducción libre del inglés por WorldEnergyTrade.com
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