Hidrogênio queima com chama em formato fractal

Redação do Site Inovação Tecnológica - 20/05/2020

Propagação de uma chama de hidrogênio em uma câmara de combustão muito estreita. Esquerda: 3mm e 10,5% H2; centro: 2mm e 10,5% H2; direita: 2mm e 10,25% H2 - as queimas estão ocorrendo de cima para baixo. .
[Imagem: Fernando Veiga-López et al. - 10.1103/PhysRevLett.124.174501]

Como o hidrogênio queima

As chamas geradas pela queima do hidrogênio podem se propagar mesmo com pouquíssimo combustível, dentro de espaços incrivelmente apertados e, curiosamente, podem se espalhar seguindo padrões fractais.

Esse inesperado comportamento físico do gás em combustão foi detectado por Fernando López e seus colegas da Universidade Carlos III de Madri, na Espanha.

E isso não é uma boa notícia para o hidrogênio, que é considerado o combustível limpo por excelência, porque coloca restrições ainda maiores para seu armazenamento e uso.

Os carros a hidrogênio são potencialmente superiores aos carros elétricos com baterias porque a combustão do gás gera apenas água como subproduto, e as células a combustível que usam o hidrogênio para produzir eletricidade são mais leves e menos agressivas ao meio ambiente do que as baterias. Mas até agora ninguém conseguiu fazer um tanque para armazenar hidrogênio que atendesse a todos os requisitos de segurança porque a molécula do hidrogênio é pequena demais e vaza de virtualmente qualquer material de contenção.

E a descoberta de que ele queima em locais confinados mesmo em concentrações muito baixas aumenta as preocupações de segurança.

"Nosso artigo mostra que as chamas de hidrogênio são capazes de se propagar em espaços muito estreitos de um milímetro ou pouco mais, criando uma situação indesejável e perigosa," explicou Fernando.

Outras belas formações fractais das chamas de hidrogênio.
[Imagem: Fernando Veiga-López et al. - 10.1103/PhysRevLett.124.174501]

Perigos do hidrogênio

Os pesquisadores usaram câmeras de alta velocidade para flagrar o hidrogênio queimando no ar enquanto ele viajava entre duas folhas transparentes postas em diferentes configurações.

Quando o espaço entre as folhas tinha 3 milímetros (mm) de largura, a chama se espalhou como uma frente contínua e firme, da maneira que se esperaria. Com 2 mm de separação, a chama se quebra em pequenas "células" de combustão separadas por gás frio e não queimado, que acaba escapando.

A variação da concentração do gás também altera o comportamento das chamas: com 10,5% de hidrogênio no ar, a chama se propaga com uma forma semelhante à de um fractal que "se assemelha ao caminho de fungos ou bactérias procurando comida", escrevem os pesquisadores. E basta reduzir a concentração de hidrogênio para 10,25% para que as células da chama passem a viajar em linhas retas.

Eventualmente, reduzir a largura do espaço ou a concentração de hidrogênio impediu a queima do gás, que vaza para o exterior. Com uma maior largura do espaço, por outro lado, basta uma concentração de 5% de hidrogênio para que ele pegue fogo. E as chamas de hidrogênio são quase invisíveis a olho nu e emitem muito pouco calor radiante, o que as torna difíceis de detectar.

"Usar o hidrogênio como combustível pode ajudar a reduzir as emissões de dióxido de carbono, mas seu armazenamento e transporte podem conter certos riscos," destaca a equipe.

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Bibliografia:

Artigo: Unexpected Propagation of Ultra-Lean Hydrogen Flames in Narrow Gaps
Autores: Fernando Veiga-López, Mike Kuznetsov, Daniel Martínez-Ruiz, Eduardo Fernández-Tarrazo, Joachim Grune, and Mario Sánchez-Sanz
Revista: Physical Review Letters
Vol.: 124, 174501
DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.174501

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