La tecnologia al plasma transitorio fornisce una nuova scintilla per la riduzione delle emissioni

Da Becky Schultz16 gennaio 2023

Per i nati prima degli anni 2000, la prima esperienza riconosciuta con la tecnologia al plasma potrebbe essere avvenuta sotto forma della tanto acclamata TV a schermo piatto al plasma. Tuttavia, il plasma è molto più comune di quanto si possa pensare (ad esempio, prendi una scintilla dal fornello) e le applicazioni sono molto più varie e durature di quelle prime "meraviglie" visive scomparse poco più di un decennio dopo il lancio. .

In effetti, la tecnologia al plasma ha mostrato un potenziale significativo a lungo termine nella lotta per la decarbonizzazione dei motori a combustione interna (ICE) e potrebbe presto dare nuova linfa agli sforzi per ridurre la loro impronta di carbonio. La società di sviluppo tecnologico Transient Plasma Systems (TPS) con sede a Torrance, in California, offre due soluzioni commercialmente pronte – un sistema di post-trattamento e un sistema di accensione – che utilizzano una potenza di impulso proprietaria di nanosecondi che, a suo dire, può “sbloccare funzionalità del plasma precedentemente inaccessibili”.

Fondata nel 2009, TPS è uno spin-off della University of Southern California, che da decenni conduce ricerche sul “plasma transitorio”. A differenza del plasma convenzionale tipicamente generato tramite materia surriscaldata, il plasma transitorio a bassa temperatura è prodotto da impulsi elettrici ultracorti (nanosecondi) ad alta tensione che controllano il processo di ionizzazione al punto da impedire il surriscaldamento. In questo stato "transitorio", il plasma offre vantaggi superiori per applicazioni quali la combustione e il controllo delle emissioni.

TPS è stata costituita con il preciso scopo di tradurre questa tecnologia al plasma transitoria in prodotti e sistemi commerciabili. I progressi nella commutazione ad alta tensione a stato solido hanno aperto ancora più opportunità, consentendo all'azienda di sviluppare soluzioni ad alta potenza in un pacchetto più compatto.

"All'improvviso, questa tecnologia che era stata studiata per tanto tempo come potenzialmente utile per ridurre le emissioni è diventata praticabile", ha affermato Dan Singleton, co-fondatore e CEO di TPS.

Un’infusione di finanziamenti per investimenti di rischio nel 2019 ha consentito a TPS di dare la spinta finale per sviluppare i suoi prodotti. Poiché entrambe le soluzioni hanno dimostrato di migliorare le emissioni e l'efficienza su molte piattaforme di motori, TPS sta ora "bloccando partner con cui andare sul mercato".

Il sistema di post-trattamento TPS combina un modulo di potenza al plasma, un reattore e un elettrodo che essenzialmente "spaccano" il particolato e le emissioni di NOx prima che escano dal tubo di scappamento.

"Immaginiamo di guardare il retro di un veicolo o di un generatore con un tubo di scarico dritto. Metteremmo un filo al centro del tubo, applicheremmo impulsi ad alta tensione in nanosecondi e produrremmo plasma nello scarico", ha spiegato Singleton. "Quello che sappiamo che fa al particolato è riconvertire gran parte di esso in carbonio gassoso. In termini di NOx, lo scompone sostanzialmente in azoto e ossigeno."

Secondo l’azienda, il processo può ridurre gli NOx fino all’80% e il particolato diesel fino all’85%, il tutto riducendo la complessità del post-trattamento. "Il vantaggio commerciale complessivo è un sistema più semplice", ha affermato Singleton. "In questo momento hai bisogno di due sistemi: hai bisogno dell'SCR (riduzione catalitica selettiva) o di un catalizzatore di ossidazione diesel (DOC) combinato con un filtro antiparticolato diesel (DPF)."

La soluzione di post-trattamento TPS elimina il DPF e la sua necessità di rigenerazione, inoltre è più facile da ispezionare e manutenere. È inoltre personalizzabile e scalabile su diversi motori e apparecchiature ed è disponibile sia per lo sviluppo di nuovi prodotti che come soluzione di retrofitting imbullonata.

Mentre molte aziende potrebbero inizialmente rivolgersi alla fascia più piccola dello spettro di applicazioni per lo sviluppo di nuovi prodotti, TPS ha puntato su applicazioni pesanti come veicoli stradali di grandi dimensioni, attrezzature fuoristrada, produzione di energia e persino l'industria marittima.

"Non esiste una soluzione miracolosa: basta metterlo su ogni singolo motore in questa forma e il problema è risolto", ha affermato Singleton. "Ci sono problemi di nicchia che stiamo risolvendo... Per il lavoro fuoristrada che stiamo svolgendo, che rappresenta una grande parte del lavoro che svolgiamo, ci stiamo rivolgendo a normative particolari specifiche per le applicazioni."