Le eccessive emissioni di CO₂ sono uno dei problemi più urgenti a livello ambientale. Gli ultimi bollettini climatici non fanno che sottolineare la necessità di sviluppare nuove tecnologie che riescano a combinare un’alta efficienza dei processi di combustione e un minimo rilascio nell’ambiente di prodotti di scarto. Un team di ricercatori della Maryland University sta studiando un particolare fenomeno legato al fuoco: i suoi vortici sono infatti in grado di evolversi per formare fiamme blu. Oltre all’aspetto suggestivo, ciò che caratterizza questi vortici blu è che la loro combustione non produce particolato carbonioso e perciò non inquina.
In opportune condizioni metereologiche, anche in natura può accadere che un incendio si trasformi in un vero e proprio tornado di fuoco. I due parametri che determinano questa trasformazione sono la quantità di vento e la temperatura dell’aria, la cui combinazione può far percorrere al tornado molti chilometri, aumentandone esponenzialmente la potenza distruttiva. In laboratorio questo fenomeno può essere studiato su piccola scala, su fiamme generate per combustione di liquido infiammabile, che possono nascere su una qualunque superficie piatta su cui sia stata vaporizzata una miscela idrocarburica. Le fiamme così ottenute possono essere direzionate tramite un generatore di vortici. L’evoluzione osservata è analoga a quella naturale ma c’è di più: la fase del tornado di fuoco può mutare ulteriormente fino a formare un vortice di fuoco blu. I ricercatori della Maryland University hanno osservato la reazione utilizzando come superficie l’acqua, anziché un terreno solido.
Come evidenziato dalla figura, il vortice blu si compone di due regioni distinte: una fiamma di colore blu brillante alla base e un pallido cono violetto di altezza variabile. La regione blu appare più stabile, con un’estensione di circa 2 cm, e alla base si chiude in una punta da cui ha origine il vortice e che spesso presenta una discontinuità rispetto alla base acquosa, come se si trovasse in sospensione. Una volta bruciato tutto il combustibile, la fiamma si spegne da sola lentamente e non è possibile accendere ulteriormente gli eventuali residui rimasti sulla superficie acquosa.
La transizione dalle spire gialle a quelle blu non è immediata e -come mostra questo video- si può osservare uno stato intermedio in cui coesistono entrambe. Il colore della fiamma riflette in realtà le caratteristiche della reazione chimica che sta avvenendo. Il colore giallo è infatti dovuto a particolari radiazioni emesse dal particolato carbonioso, che si forma quando non c’è ossigeno sufficiente per bruciare tutto il combustibile. Il blu invece è dovuto all’attività di chemioluminescenza di alcune specie chimiche reattive, come CH e OH, ed è indice che il combustibile può essere ossidato completamente. La ragione fisica per cui una normale fiamma produce particolato a differenza di una blu è proprio dovuta alla fluidodinamica causata dalla struttura del vortice, che limita la diffusione del combustibile, aumenta la temperatura e l’efficienza della combustione, riducendo le emissioni nocive.
Dopo aver osservato le potenzialità di questo fenomeno, il prossimo obiettivo è trovare il modo per riprodurlo su larga scala. Restano da capire quali siano le precise condizioni chimico-fisiche da utilizzare per produrre i vortici blu e controllarli, aprendo così la strada a metodi di combustione più efficienti e a rimedi più efficaci alla dispersione di combustibili nell’ambiente, soprattutto in mare.
Fonte: PNAS