¿Es el plasma ultrarrápido la clave para un motor de automóvil más limpio?

Hay algo como mil millones de autos en las carreteras del mundo hoy y casi todos ellos son alimentados por combustión interna. De hecho, la tecnología de 150 años está en el corazón de la mayoría de las formas de transporte, ya sea en avión, tren o barco. La importancia del motor para … bueno, todo, significa que generaciones de personas realmente inteligentes han dedicado sus vidas, e incontables miles de millones de dólares, para mejorarlo. Pero no importa cuán cerca esté de la perfección, el motor de combustión interna siempre tendrá un defecto importante: está matando a nuestro planeta.

La mayoría de los motores de combustión queman combustibles fósiles y en el proceso crean gases de efecto invernadero como el dióxido de carbono y el óxido de nitrógeno. En los EE. UU., El transporte representa casi un tercio de las emisiones de gases de efecto invernadero, a pesar de una serie de políticas diseñadas para limitar su impacto ambiental. El motor de combustión interna es una tecnología fundamentalmente sucia, pero hay muchas formas de hacerlo más limpio. Y comienzan con una chispa o, más exactamente, una bujía.

David Howell es el director de la Oficina de Tecnología de Vehículos del Departamento de Energía, y pasa mucho tiempo pensando en cómo construir mejores motores. Este año, alrededor de $ 70 millones, casi una cuarta parte del presupuesto anual de su oficina, se gastarán en investigación y desarrollo de combustión y combustibles. “Vemos muchos avances realizados por los vehículos eléctricos a batería, pero los motores de combustión interna van a estar presentes de alguna forma durante mucho tiempo”, dice Howell. «Y todavía hay un largo camino que podemos recorrer para aumentar la eficiencia y reducir las emisiones».

En los motores de combustión, existe un vínculo profundo entre la eficiencia y las emisiones. Un motor más eficiente usa menos combustible para realizar la misma cantidad de trabajo y menos combustible significa menos emisiones. Hay varias formas de aprovechar estas ganancias de eficiencia. Durante años, la Oficina de Tecnología de Vehículos se ha centrado en cambiar la gasolina convencional por más biocombustibles ecológicos.

“Un motor de combustión interna puede utilizar una amplia gama de combustibles, y algunos de ellos pueden ser parcialmente renovables”, dice Howell. Pero llevará un tiempo destronar la gasolina en el surtidor. Estos nuevos biocombustibles no solo tienen que funcionar tan bien como la gasolina, también tienen que ser baratos. Y la gasolina tiene una gran ventaja. “La gasolina existe desde hace un siglo y ha habido mucha optimización en términos de sus propiedades de combustión”, dice Howell. Entonces, hasta que los nuevos y elegantes combustibles del DOE estén listos para el público, otros investigadores están buscando formas de aprovechar mejor la gasolina vieja en los motores de hoy.

Un motor de automóvil típico combina aire y gas en una cámara de combustión y luego enciende la mezcla con una bujía. Esta tecnología centenaria está ubicada en la cámara de combustión y montada cerca de la parte superior del motor en la culata. A medida que el pistón se mueve hacia la cámara superior, comprimiendo la mezcla de aire y combustible, la bujía crea una chispa eléctrica fugaz. La chispa inicia un mosh pit molecular que genera calor y crea gases de efecto invernadero que son expulsados ​​del motor como escape.

Una forma de reducir las emisiones es mezclar más aire con el combustible durante la combustión, lo que se conoce como “combustión pobre”. La idea es simple: diluir la mezcla de aire y combustible con más aire, pero hacer que funcione no lo es. Los motores de combustión funcionan mejor con proporciones muy específicas de combustible a aire. Desviarse de esa proporción puede hacer que el convertidor catalítico de un motor, un sistema de postratamiento diseñado para convertir gases nocivos como el óxido de nitrógeno en sustancias más benignas, se vuelva ineficaz. En cierto punto, hay demasiado aire para que el motor encienda la mezcla de aire y combustible.

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