Ett sätt att minska flygskam kan ligga i en ring av lågor. Och i gasen som genereras i ett uthus.

Hela världen är ivrig efter att ha ett mer miljövänligt sätt att flyga. Medan vissa människor försöker täcka plantak med solceller eller att fylla bränsletankar med begagnad stekolja, forskaren Nicholas Worth från NTNU studerar en ring av lågor för miljontals euro från EU.

Förorenar mindre

Worths forskning kan leda till lägre föroreningar från dagens flygmotorer eller till att göra miljövänligt bränsle mer ekonomiskt.

Några av de mest skadliga avgaspartiklarna är kväveoxider. Detta är en luktfri och färglös gas som bildas när motorer brinner vid hög temperatur. Denna typ av föroreningar kan utlösa lungfunktionsproblem för personer med astma. Som värst, det kan utlösa astma. Diesel släpper ut mer av denna typ av föroreningar än bensin. Elbilar avger ingenting. Flygplan släpper ut mycket.

Mycket föroreningar på flygplatser

"Du hittar många av dessa ångor på flygplatser. Dessutom har du utsläpp av växthusgaser som kommer från förbränningen av själva bränslet, "Worth säger.

Medan vissa tror att utsläpp av växthusgaser från flygplan står för två procent av de globala utsläppen, andra tror att siffran är högre än tio procent. Kanske kan ingen komma med en exakt siffra, men sett från individuell grund, flyg är en källa till höga utsläpp per person.

För att förstå hur en ring av lågor kan leda till grönare flygplanstransport, vi måste ta ett litet dyk i en flygmotor.

Flygplan som drivs av en form av paraffin

Flygplan har en gasturbinmotor som drivs av flygbensin. Detta härrör från petroleum och mycket förenklat, kan kallas lampolja, paraffin eller fotogen. Det är lätt att tända, fungerar riktigt bra och är inte särskilt miljövänligt.

Det är precis där Worths arbete kommer in.

Oavsett om ett flygplan drivs av lampolja, väte, flygbensin eller matolja, gaserna som produceras när det bränns vid hög temperatur är det som skapar energi och tryck för att lyfta planet.

I flygmotorn, bränslet bränns i en ringformad förbränningskammare som innehåller ett antal individuella lågor.

Instabila lågor använder mer bensin

Kammarens form kan göra att lågorna som förbrukar bränslet ändrar form, flimra mer, eller bli helt instabil. På fysikens språk, detta kallas termoakustisk instabilitet.

Lågor som blir instabila ger mer ljud, och de ljudvågor som skapas kommer att påverka de andra lågorna i kammaren. Detta gör det svårare att designa flygmotorer som har låga utsläpp än höga.

Hittills, processen att studera en låga har gjorts en flamma i taget. Däremot, Värt att studera mellan 12 och 18 lågor i en ring, i en mängd olika förbränningskammare och med olika typer av bränslen som metangas, väte och ammoniak.

"Förbränningskammare finns i alla möjliga storlekar. I helikoptrar, de är små, i jets är de stora och i kraftstationer enorma. Än så länge, ingen har kunnat förutsäga om en liten förändring i kammaren kommer att resultera i en förändring för hela motorn. Eller hur flammorna i kammaren ändras när bränslet ändras, "säger Worth.

Internationellt genombrott

Worth har redan fått resultat. Hans arbete betraktas som ett internationellt genombrott, och kan vara avgörande för om motortillverkare kan utveckla nya motorer med låga växthusgas- och kväveoxidutsläpp.

"Att ha en grundläggande förståelse för fysiken för instabiliteten som skapas av lågor är nödvändig så att vi kan utveckla verktyg för att kontrollera dem, och undvik instabilitet när du konstruerar motorer. Flygbensin brinner på ett sätt, medan väte brinner på ett helt annat sätt. Att förstå detta kommer att göra det lättare att designa motorer som kan bränna olika typer av bränsle, till exempel. Detta kommer att resultera i mindre föroreningar från avgaserna, "Worth säger.

Yara en av världens största tillverkare

Väte är gas som det skapas av vatten, och flera forskare anser att det är det bästa alternativet för miljövänligt bränsle eftersom det kan produceras och användas helt utan utsläpp av växthusgaser. Värde, å andra sidan, tror att ammoniak kan ha ännu mer potential än väte som ett gasturbinmotorbränsle.

Ammoniak är en färglös gas som utgör grunden för modern gödselproduktion. Detta är också gasen som bildas när urinen lämnas stående, som i ett uthus.

"Ammoniak är lättare att transportera, lättare att förvara, och mindre tryck krävs för att omvandla den till flytande form än väte. Ammoniak brinner också långsammare än väte, "Worth säger.

Det norska företaget Yara är bland världens största tillverkare av ammoniak. Den norska staten är Yaras största aktieägare.

"Forskningen vid NTNU hjälper till att minska utsläppen av föroreningar från flygmotorer, och kommer att möjliggöra större bränsleflexibilitet för stationära gasturbiner som används för kraftproduktion, "Värt sagt.

En stor del av växthusgasutsläppen från Norge kommer från gasdrivna kraftverk på oljeplattformar till havs. Denna naturgas är ett fossilt bränsle.

"Om ammoniak eller väte användes istället för naturgas, då skulle detta vara ett utmärkt sätt att minska Norges utsläpp av växthusgaser, "Värt sagt.

Fortfarande använder gammal teknik som förorenar

Edgar Hertwich är professor vid NTNU och vid Yale University i USA. Han säger att den teknik vi behöver för att minska utsläppen redan är tillgänglig. Ändå, industrier fortsätter att investera i teknik som bränner fossila bränslen.

Enligt nuvarande politik, temperaturen kommer att öka med tre grader år 2100 till fyra grader utan att vidta några åtgärder, han sa. Världen måste minska utsläppen mycket snabbare och sikta på nollutsläpp år 2040 istället för 2060, om vi vill begränsa uppvärmningen till 1,5 istället för 2 grader.

"Elfordon har blivit en framgång, och på vissa ställen är solenergi konkurrenskraftigt jämfört med fossila bränslen. Kostnadsminskningen för havsvind utanför Storbritannien har varit oväntat snabb. Trots allt detta, CO ₂ utsläppen ökade med två procent under 2018. Anledningen är att vi fortsätter att utveckla fossila bränslebaserade energisystem, som flygplatser, motorvägar och kolkraftverk, "Sa Hertwich.

"Ny teknik hjälper inte om vi inte använder tillfället att gå bort från de gamla. Det är en paradox att fossil energi fortfarande får mer i subventioner än vad förnybar energi gör."