Indagine sull'influenza dell'idrogeno su motori a accensione per compressione alimentati con miscele da pirolisi mediante metodi sperimentali e RSM

Trasformare i rifiuti e un gas semplice in energia più pulita

I moderni motori diesel sono il cavallo di battaglia dei trasporti e dell'industria, ma i loro scarichi restano una fonte ostinata di inquinamento atmosferico e gas che riscaldano il clima. Questo studio esplora un'idea ingegnosa: far funzionare un motore diesel standard con una miscela di gasolio convenzionale, olio ottenuto dalla pirolisi di rifiuti plastici e gas idrogeno. Attraverso prove sperimentali mirate, i ricercatori mostrano come potremmo estrarre più potenza utile da ogni goccia di carburante riducendo al contempo le emissioni nocive.

Perché mescolare idrogeno, gasolio e olio plastico?

L'idrogeno brucia molto velocemente e in modo pulito: non contiene carbonio, quindi non produce direttamente anidride carbonica o fuliggine. L'olio da pirolisi, al contrario, è un combustibile liquido ottenuto riscaldando rifiuti plastici fino alla loro frammentazione in molecole più piccole. Trasformare i rifiuti in carburante potrebbe ridurre sia la discarica sia la domanda di petrolio greggio, ma questo olio da solo può essere denso, maleodorante e aggressivo per i motori. Gli autori combinano piccole quantità di olio derivato dalla plastica con gasolio standard e poi aggiungono un flusso costante di idrogeno. L'obiettivo è usare l'affidabilità del gasolio come combustibile di accensione, la fiamma rapida dell'idrogeno per migliorare la combustione e l'olio da plastica come sostituto parziale ed economico del gasolio fossile.

Come sono stati condotti i test sul motore

Il team ha utilizzato un motore diesel monocilindrico simile a quelli impiegati in generatori e piccole macchine. Lo hanno fatto funzionare a regime costante variando il carico, da nessun carico fino alla potenza massima. Sono stati confrontati quattro casi di alimentazione: gasolio puro; una condivisione energetica 50–50 di gasolio e idrogeno; gasolio con il 10% di olio da pirolisi plastica; e la stessa miscela con 10% di olio plastico più un flusso fisso di idrogeno. Sensori di pressione sensibili e sistemi di acquisizione dati hanno registrato come aumentava la pressione nel cilindro e come veniva rilasciato il calore durante la combustione. Contemporaneamente, analizzatori di scarico hanno misurato gli inquinanti chiave quali monossido di carbonio, idrocarburi non bruciati, anidride carbonica e ossidi di azoto.

Più potenza con meno carburante

Due configurazioni di carburante si sono distinte. Quando il 10% del gasolio è stato sostituito da olio da pirolisi, il motore ha raggiunto un rendimento termico al freno di circa il 34%, approssimativamente un quinto in più rispetto al gasolio puro. In termini semplici, una porzione maggiore dell'energia chimica del carburante è stata trasformata in potenza utile all'albero anziché dissipata come calore. Il consumo di carburante a pieno carico è sceso da circa 0,35 a 0,22 chilogrammi per kilowattora. L'aggiunta di idrogeno a questa miscela con olio plastico ha leggermente ridotto l'efficienza ma ha aumentato la pressione di picco all'interno del cilindro e ha mantenuto il rilascio di calore molto netto e controllato. Questo indica una combustione più rapida e completa, favorita dalla rapida accensione dell'idrogeno e dal suo facile miscelamento con l'aria.

Pulire gli scarichi

Le letture delle emissioni hanno mostrato vantaggi chiari per i carburanti misti. La miscela di gasolio, 10% di olio plastico e idrogeno ha prodotto i livelli più bassi di monossido di carbonio, idrocarburi incombusti e anidride carbonica tra tutti i casi testati. Rispetto al gasolio puro, il monossido di carbonio è diminuito di circa un terzo e le emissioni di idrocarburi sono calate di oltre il dieci percento, segno che meno carburante è passato attraverso il ciclo senza bruciare. Anche l'anidride carbonica è risultata inferiore, in parte perché è stato bruciato meno carbonio fossile per unità di potenza. Gli ossidi di azoto, un importante inquinante che contribuisce allo smog, si sono comportati diversamente: i valori più bassi sono stati ottenuti nel caso 50–50 gasolio–idrogeno, che ha ridotto queste emissioni di circa il 14% rispetto al gasolio puro. La modellazione statistica ha confermato che le tendenze misurate erano coerenti e che gli adattamenti matematici seguivano da vicino i dati sperimentali.

Cosa significa per i motori di tutti i giorni

Per un pubblico non specialista, la conclusione è semplice: aggiungere con cura idrogeno e una modesta quantità di olio derivato dalla plastica al gasolio può rendere un motore convenzionale più economo e più pulito. L'idrogeno accelera e migliora la combustione, così il motore ricava più lavoro da ogni unità di carburante, mentre l'olio a base di plastica sostituisce parte del gasolio fossile con materiale riciclato. Parallelamente, diversi inquinanti chiave dello scarico diminuiscono, e gli ossidi di azoto possono essere controllati scegliendo la giusta quota di idrogeno. Sebbene l'uso pratico richiederebbe ancora soluzioni per lo stoccaggio dell'idrogeno, la sicurezza e la durabilità a lungo termine del motore, questo studio dimostra che miscelare un gas semplice e un liquido derivato dai rifiuti nei motori odierni potrebbe essere un passo praticabile verso un'energia più verde e più circolare.

Citazione: Kumar, K.S., Surakasi, R., Kareemullah, M. et al. Investigation of hydrogen influence on compression ignition engine fuelled with pyrolysis blends using experimental and RSM methods. Sci Rep 16, 10304 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39172-5

Parole chiave: motori bifuel a idrogeno, olio da pirolisi di rifiuti plastici, emissioni di motori diesel, carburanti alternativi, trasporto sostenibile