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02.11.2020 - 10:150

Air Plasma, il motore ecosostenibile per gli aerei del futuro

Sviluppato in Cina un prototipo di motore a propulsione al plasma che non utilizza carburanti fossili

Il trasporto aereo è tra le principali cause dell’inquinamento ambientale. Un’indagine condotta a settembre dello scorso anno dal New York Times, ad esempio, rivela che i soli voli commerciali sarebbero responsabili ogni anno del 2,5% di tutte le emissioni di gas serra. Ma nel prossimo futuro le cose per fortuna potrebbero cambiare. I ricercatori cinesi dell’Università di Wuhan, infatti, hanno realizzato un prototipo di motore a propulsione al plasma che non necessita di carburanti fossili, ma solo di aria e microonde.
«La motivazione del nostro lavoro è quella di aiutare a risolvere i problemi di riscaldamento globale dovuti all’utilizzo da parte dell’uomo di motori a combustibile fossile per fornire energia ad automobili e aeroplani», ha spiegato il capo della ricerca e professore di ingegneria dell’Università di Wuhan, Jau Tang. «Grazie al nostro design non è necessario il combustibile fossile e, pertanto, non vi è alcuna emissione di carbonio che possa contribuire all’effetto serra e al riscaldamento globale».

Come funziona il motore al plasma
Stando allo studio pubblicato sulla rivista AIP Advances, il prototipo del motore al plasma è costituito da un magnetron, un circolatore, una guida d’onda appiattita, un accenditore e un tubo al quarzo. Il magnetron è la sorgente a microonde, il circolatore viene utilizzato per assorbire le microonde riflesse e un sintonizzatore a tre stub è usato per ottimizzare la potenza all’interno della camera di ionizzazione dell’aria. La guida d’onda piatta serve per aumentare l’intensità del campo elettrico.
Le microonde generate dal magnetron passano attraverso il circolatore e il sintonizzatore a tre stub per raggiungere la guida d’onda appiattita, dove viene inserito un tubo di quarzo, noto per le sue proprietà meccaniche. L’accenditore viene adoperato per accendere e creare un getto di plasma. Utilizzando un compressore d’aria e un flussometro per generare e condizionare l’aria ad alta pressione nel tubo al quarzo si forma un vortice che mantiene stabile il getto di Air Plasma.
In poche parole, questo innovativo motore comprime l’aria ad altissima pressione e la ionizza tramite microonde, generando così un getto di plasma che gli dovrebbe consentire di sviluppare una spinta propulsiva. Al momento l’esperimento si è basato su osservazioni empiriche più che su misurazioni oggettive e, quindi, ora lo studio dovrà essere verificato dalla comunità scientifica.

L’esperimento
La temperatura della fiamma può raggiungere più di 1000° C, dunque, un normale barometro non resisterebbe a una temperatura così alta e non potrebbe essere usato. Per questo motivo, per effettuare l’esperimento, i ricercatori cinesi hanno ideato un semplice strumento per misurare la pressione del getto del plasma caldo.
Gli scienziati hanno posizionato sulla sommità del tubo di quarzo una sfera cava d’acciaio con un’apertura sulla parte superiore per l’inserimento di sferette molto più piccole per modificarne il peso complessivo. Se il getto del motore Air Plasma è abbastanza forte, può far vibrare la palla cava. La sfera può essere stabilizzata aggiungendo peso. In questo modo, è possibile riuscire a determinare un peso soglia minimo tale da mantenere ferma la palla. In definitiva, si può calcolare la forza propulsiva in base a questo peso critico.
Ad esempio, il prototipo è riuscito a sollevare in aria una sfera di acciaio del peso di 1 chilogrammo al di sopra di un tubo di quarzo di 24 millimetri di diametro, dove appunto l’aria ad alta pressione viene convertita nel getto di plasma. Fatte le dovute proporzioni, si tratta della stessa spinta prodotta dai propulsori di un aereo commerciale, ma senza però usare un goccio di carburante.
«I risultati sperimentali hanno dimostrato che la potenza delle microonde e il flusso d’aria hanno un’influenza significativa sulla propulsione a getto di plasma. A un flusso d’aria costante, una maggiore potenza delle microonde rende il campo elettrico all’interno della camera di ionizzazione molto più forte, portando a una ionizzazione più efficiente delle molecole di gas. A una maggiore potenza e flusso d’aria delle microonde, la temperatura e la densità del plasma aumentano, con conseguente aumento della forza e della pressione della propulsione a getto», si legge nello studio.

I prossimi obbiettivi
Ammesso che i buoni risultati ottenuti siano confermati, i ricercatori dovranno ora ottimizzare l’intera struttura affinché il motore sia effettivamente sfruttabile. Il prossimo obbiettivo, infatti, è quello di rendere il motore ancora più efficiente e studiare come portarlo nella realtà.
Va da sé, inoltre, che generare le microonde e comprimere l’aria in maniera del tutto ecologica richiederà l’utilizzo di energia elettrica, quindi bisognerà integrare delle pesanti batterie negli aerei per alimentare il magnetron e per azionare le turbine.
Ad ogni modo, il motore Air Plasma appare una soluzione molto promettente e, nei prossimi anni, potrebbe rivoluzionare il volo aereo e contribuire significativamente ad eliminare l’uso di combustibili fossili ed abbattere le emissioni di gas serra.
«I nostri risultati hanno dimostrato che un motore a reazione basato sul plasma generato da microonde in aria può essere un’alternativa potenzialmente praticabile al convenzionale motore a reazione a combustibile fossile», ha concluso Tang.

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