Le origini delle polveri sottili spiegate da modelli matematici

Un gruppo di ricercatori dell'Istituto motori del Consiglio Nazionale delle Ricerche (Im-Cnr) di Napoli sta studiando alcuni modelli matematici in grado di descrivere il processo di produzione delle polveri sottili all'interno dei motori delle automobili. L'obiettivo del gruppo di scienziati è soprattutto quello di  raccogliere dati utili per progettare nuovi motori più “amici dell'ambiente”.

Il progetto di ricerca si sta focalizzando maggiormente sul cosiddetto "particolato carbonioso", una polvere nera prodotta dalla combustione incompleta di una qualsiasi sostanza organica. Questa polvere può essere facilmente osservata sulle superfici esposte ai fumi di combustione, come per esempio i condotti di scarico dei veicoli a motore.

E' molto importante comprendere come queste particelle, con un diametro pari ad un millesimo di millimetro, nascano e si spostino all'interno dei cilindri del motore, fino all'espulsione dallo scarico. Purtroppo la ricerca sperimentale non è sufficiente per spiegare questo fenomeno, e quindi risulta molto utile l'utilizzo di un modello matematico.

Maya Briani, ricercatrice dell'Im-Cnr, spiega infatti che è necessaria “un'intensa attività di simulazione numerica in grado di farci vedere quello che non si vede. Nel caso delle particelle, l'uso delle simulazioni di modelli di cinetica chimica dettagliata permette di predire e riprodurre non solo la massa di fuliggine emessa allo scarico, ma anche le dimensioni delle particelle e la variabilità di tali dimensioni al cambiare delle condizioni operative".

I modelli utilizzati dai ricercatori coinvolgono almeno 150 specie chimiche diverse e 1.500 reazioni. "Il numero di equazioni differenziali da risolvere è elevatissimo”, aggiunge la ricercatrice, “e richiede tecniche di risoluzione numerica adeguate, in grado di contenerne il costo computazionale".

A cura di Alice Sepe