La combustione è stata storicamente una delle principali fonti di energia per l’umanità, la capacità di controllare e utilizzare il calore della combustione ha permesso sviluppi tecnologici e industriali senza precedenti, dalle semplici stufe domestiche ai motori a combustione interna che alimentano i nostri veicoli, fino alle complesse centrali termoelettriche.
Un altro aspetto fondamentale è quello della gestione sicura della combustione, quelle non controllate possono portare a incendi, esplosioni e altre situazioni di pericolo.
Per tale motivazione comprendere i processi che sono alla base della combustione è essenziale per affrontare le nuove esigenze energetiche nonché quella di governare i pericoli per la salute umana.
La combustione è una reazione chimica, con rilascio di energia sotto forma di calore e luce, che avviene tra un combustibile (solitamente un materiale contenente carbonio e idrogeno) e un ossidante (generalmente l’ossigeno dell’aria), attivata da un apporto di energia apprezzabile.
Tradizionalmente, il fenomeno del fuoco è rappresentato dal noto “triangolo del fuoco”, che simboleggia i tre elementi fondamentali.
Dagli anni ‘80 ci si rese conto che i soli tre elementi, a rappresentare il fuoco non erano idealmente sufficienti, veniva così identificato un quarto elemento, si tratta dei radicali liberi, atti a mantenere la reazione a catena permettendo alla combustione di continuare.
Da qui il nuovo modello rappresentato dal “tetraedro del fuoco”, concetto fondamentale nella comprensione della combustione.
Da qui il nuovo modello rappresentato dal “tetraedro del fuoco”, concetto fondamentale nella comprensione della combustione.
| Combustione lenta (covante) | Combustione rapida | Combustione veloce | Combustione istantanea |
| con assenza di fiamma | con propagazione di fiamma visibile | con propagazione di fiamma a velocità inferiore a quella del suono (deflagrazione) | con propagazione di fiamma a velocità superiore a quella del suono (detonazione) |
| es. braci di legna | es. un incendio | es. combustione di una nube di gas all’aperto | es. combustione di esplosivi ad alto potenziale |
Processi di Combustione: Completa e Incompleta
La combustione può essere suddivisa in due tipi principali: completa e incompleta.
La combustione completa avviene quando il combustibile si combina con una quantità sufficiente di ossigeno, ossidandosi completamente per produrre anidride carbonica (CO₂) e acqua (H₂O), insieme a una notevole quantità di energia. Questo tipo di combustione è tipicamente più efficiente e produce meno inquinanti.
Esempio di combustione completa del metano (CH4):
CH4 + 2O2 –> CO2 + 2H2O
La combustione incompleta, invece, avviene quando l’ossigeno disponibile è insufficiente per completare la reazione. In queste condizioni, il combustibile non viene completamente ossidato, generando monossido di carbonio (CO), un gas tossico, fuliggine (C, carbonio incombusto) e altri sottoprodotti indesiderati. La combustione incompleta non solo è meno efficiente, ma è anche una fonte significativa di inquinamento atmosferico nonché fonte di pericolosità per l’uomo.
Esempio di combustione incompleta del metano (CH4):
2CH4 + 3O2 –> 2CO + 4H2O
se viene prodotta fuliggine:
CH4 + O2 –> C + 2H2O