Waterstofvlammen kunnen zich zelfs met heel weinig brandstof voortplanten, binnen verrassend nauwe openingen en kan zich uitstrekken tot fractale patronen. Dat is het onverwachte fysieke gedrag van dit gas wanneer het brandt, die is gedetecteerd door een wetenschappelijk team onder leiding van onderzoekers van de Universidad Carlos III de Madrid (UC3M). Deze resultaten kunnen helpen om de veiligheid van apparaten op waterstof te verbeteren.

De studie, gepubliceerd in de laatste editie van het tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven , beschrijft de resultaten van experimenten die hebben aangetoond dat waterstofvlammen kunnen overleven in extremere omstandigheden dan eerder werd gedacht. In dit onderzoek, onder leiding van Fernando Veiga, Eduardo Fernández-Tarrazo en Mario Sánchez Sanz, van de UC3M afdeling Thermal and Fluids Engineering, Daniel Martínez Ruiz van de Universidad Politécnica de Madrid (UPM), Mike Kuznetsov van het Karlsruhe Institute of Technology (Duitsland) en Joachim Grune van Pro-Science GmbH (Duitsland) hebben eveneens deelgenomen.

"Ons artikel laat zien dat waterstofvlammen zich kunnen voortplanten in zeer nauwe ruimtes van een millimeter of zo, het creëren van een ongewenste en gevaarlijke situatie, " legde Fernando Veiga uit, een van de onderzoekers die een groot deel van het experimentele werk heeft gedaan.

Het gebruik van waterstof als brandstof kan de uitstoot van kooldioxide helpen verminderen, maar de opslag en het transport ervan kunnen bepaalde risico's inhouden. In dit onderzoek, onderzoekers hebben empirisch aangetoond dat het gas in onverwachte situaties kan verbranden. Met dat doel, het team testte verdunningen van gasvormige brandstof in een ruimte van slechts enkele millimeters breed en ontdekte dat de waterstof gestaag kon branden, zelfs als de concentratie slechts 5% in volume was.

Fractale structuren

Waterstofvlammen zijn bijna onzichtbaar voor het blote oog en geven zeer weinig stralingswarmte af, waardoor ze moeilijk te detecteren zijn. Om dit te doen, de onderzoekers gebruikten een speciale methode om hun beweging te volgen en een hogesnelheidscamera om het pad van de vlammen tijdens hun voortplanting te volgen. Ze bevestigden dat ze een fractaal pad vormen terwijl ze zich voortplanten, dat is, ze nemen een geometrische vorm aan waarvan de basisstructuur op verschillende schalen wordt herhaald. "De video-opname onthult dit fractale pad, die precies de vlam efficiënte toegang geeft tot nieuwe brandstof terwijl deze brandt, ' merkte Mario Sánchez Sanz op.

Waterstof vormt een schone en efficiënte energiebron, en als zodanig, technologieën voor energieopwekking op basis van het gebruik ervan zullen in de nabije toekomst aanzienlijk toenemen. Overeenkomstig, "hun ontwerp- en veiligheidsprotocollen zullen rekening moeten houden met deze nieuwe manieren van vermeerdering, " merkte Daniel Martínez Ruiz op, professor aan de ETSI Aeronáutica y del Espacio (The School of Aeronautics and Space Engineering) van de UPM.

Deze resultaten kunnen nuttig zijn voor technische teams die waterstofopslagsystemen ontwerpen, die rekening moet houden met de extreme ontvlambaarheid, zelfs in zeer krappe ruimtes. Waterstofbrandstofcellen worden gebruikt als energiebron in auto's en motorfietsen, bijvoorbeeld. "Een waterstoflek en de ophoping ervan in een besloten ruimte kan leiden tot dit soort vlammen, ", voegde Mario Sánchez Sanz eraan toe.

Volgens de onderzoekers is meer van dit soort studies zijn nodig om de veiligheid te beoordelen met betrekking tot lekken in voertuigen op waterstof en andere gerelateerde apparaten. Bovenal, in de huidige context van de noodzaak om de uitstoot van broeikasgassen te verminderen en de klimaatverandering te bestrijden, het lijkt noodzakelijk om de ontwikkeling en het gebruik van op waterstof gebaseerde energietechnologieën te versnellen.