I cicli combinati a gas naturale sono quasi unanimemente considerati la macchina migliore per produrre energia elettrica in ragione della loro elevata efficienza e del basso impatto ambientale, soprattutto per “merito” del combustibile. Ciononostante essi trovano difficoltà ad affermarsi anche perché le problematiche relative alle emissioni sono continuamente in discussione. Recentemente ha suscitato notevole attenzione in problema della possibile emissione di particolato fine dalla combustione del metano (vedere ad esempio il Rapporto “Impatto ambientale dei cicli combinati alimentati a gas naturale, con particolare riferimento alle emissioni di polveri sottili” presentato nel convegno Assolettrica su “Le centrali a ciclo combinato e le emissioni di polveri sottili: vincolo o opportunità?”, tenutosi a Milano presso il Politecnico il 23 Novembre 2004). In tale contesto è stata definita la Task 1.5.2 (Meccanismi di formazione e tecniche di misura di particolato e microinquinanti nella combustione del gas naturale) nel Work Package GASEMIS del Sottoprogetto GAS del Progetto GEN21. L’attività è condotta quasi interamente da Enel Produzione Ricerca. CESI ha partecipato alle fasi di definizione delle specifiche dell’attività ed alla valutazione dei risultati, anche al fine di un inquadramento ottimale nelle attività del sottoprogetto GAS. Il presente rapporto descrive lo sviluppo e la validazione di modelli cinetici dei processi di formazione di particolato organico ultrafine durante processi di combustione, da utilizzare per la stima di produzione dello stesso particolato in diversi tipi di fiamma. La base dei dati sperimentali utilizzata per il confronto è stata ricavata da recenti misure pubblicate in letteratura su fiamme premiscelate alimentate con benzene e con etilene. Nel primo caso sono disponibili misure accurate, lungo il profilo assiale della fiamma, della concentrazione di massa del particolato e della frazione molare di un certo numero di specie precursori. Nel secondo caso le misure, effettuate con una tecnica innovativa, forniscono l’evoluzione lungo il profilo assiale della fiamma della funziona di distribuzione dei diametri delle particelle di fuliggine. Viene inoltre fornita la misura assoluta del numero di particelle di fuliggine prodotte. I risultati delle simulazioni mostrano, nel caso della fiamma a benzene, un accordo ragionevole tra concentrazioni di fuliggine calcolate e misurate; risultano in buon accordo anche i profili di concentrazione di altre specie secondarie.

Le simulazioni della fiamma a etilene rivelano invece alcuni limiti del meccanismo, soprattutto sulla capacità di predire le concentrazioni numerali di particolato. Infatti il numero di particelle calcolato e la distribuzione granulometrica risultano distanti dai valori misurati. Per il superamento di questi limiti, l’attenzione dovrà essere concentrata sulla migliore calibrazione dei parametri che regolano la velocità di nucleazione, accrescimento e coagulazione.