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La preocupación generalizada por el impacto negativo de las emisiones de gases de efecto invernadero, tanto para el medio ambiente como para la salud, ha dado lugar a acciones coordinadas. La Comisión Europea, por ejemplo, ha establecido unos límites de emisiones estrictos para la industria y el transporte, y está invirtiendo en investigación sobre energía limpia.
Sin embargo, lo más probable es que los motores basados en la quema de combustibles fósiles sigan utilizándose hasta que las soluciones alternativas, como los coches eléctricos, sean asequibles de forma generalizada. «Incluso cuando esas alternativas estén ampliamente disponibles, todavía seguirán necesitándose motores de combustión interna», afirma el coordinador del proyecto LASIG-TWIN, Nicolaie Pavel, del Instituto Nacional de Física del Láser, el Plasma y la Radiación (INFLPR, por sus siglas en rumano) en Rumanía.
Investigación sobre el encendido por láser
El objetivo del proyecto LASIG-TWIN, financiado con fondos europeos, era estudiar unas técnicas más eficientes para la ignición del combustible en motores de combustión interna como los empleados en los coches. Desde el inicio del siglo XX, el encendido se realiza mediante bujías eléctricas. El equipo del proyecto se propuso averiguar si los sistemas de encendido alternativos, como por láser, podían mejorar la eficiencia de los motores de combustión.
«Queríamos comprender mejor las ventajas que podría aportar el encendido por láser», explica Pavel. «Para ello, creamos una red entre el INFLPR, su Laboratorio de Electrónica Cuántica de Estado Sólido en Rumanía y otros cuatro institutos de gran renombre de Francia, Alemania y el Reino Unido. A lo largo del proyecto se prestó especial atención a la formación y al intercambio de experiencias de aprendizaje sobre el encendido por láser».
La red investigó y puso a prueba diversas técnicas, por ejemplo métodos para el embalaje y ensamblaje de materiales ópticos y metálicos para construir bujías láser. Además, se organizaron visitas a las instituciones asociadas para compartir puntos de vista y realizar experimentos conjuntos.
«A menudo, dichas visitas se complementaron con talleres que contaron con la asistencia de universidades, institutos de investigación y empresas privadas», añade Pavel. «De este modo, logramos aumentar el interés de los socios industriales por el encendido por láser y alcanzar un mayor reconocimiento».
Asimismo, se celebraron dos escuelas de verano para estudiantes y jóvenes investigadores en el ámbito del encendido por láser, donde las lecciones fueron impartidas por investigadores experimentados del proyecto y profesores universitarios. Los eventos internacionales, como el Congreso sobre encendido por láser 2017, celebrado en Bucarest, también contribuyeron a mejorar el perfil del proyecto.
Una combustión eficiente en materia de energía
La formación y la cooperación transnacional han permitido desarrollar un prototipo de bujía láser. Los resultados se publicaron en un artículo, extensamente descargado, en la revista «Optical Engineering». En 2018, la innovación se puso a prueba en el motor de gasolina de inyección multipunto de cuatro cilindros de un turismo.
«La novedad de estas pruebas radica en que el motor funcionó con mezclas pobres de aire-gasolina, es decir, con una mayor concentración de aire y menos combustible de lo habitual», afirma Pavel. Así, el combustible resulta menos contaminante. «Por otra parte, fuimos capaces de demostrar que el encendido por láser de esas mezclas pobres de aire-combustible puede llegar a mejorar el rendimiento del motor en comparación con el encendido por bujía eléctrica».
Los resultados también podrían permitir el desarrollo de un sistema compacto de encendido por láser para motores de gas fijos, como los empleados en fábricas y centrales eléctricas. Esto permitiría alcanzar una combustión energética y eficiente con menos emisiones. Además, esperan que el encendido por láser también sirva para motores que funcionan con mezclas ultrapobres de hidrógeno y aire a alta presión.
Pavel confía en que el encendido por láser se abrirá camino en aplicaciones específicas, como sistemas de propulsión para el futuro transporte espacial o en grandes motores de émbolo alternativo de gas natural. Al mismo tiempo, el interés por esta aplicación láser dependerá de lograr que los fabricantes de vehículos se involucren y estén dispuestos a invertir en la investigación y los recursos materiales.
«Cabe señalar que los sistemas de encendido por láser solo se abaratarán cuando se utilicen a gran escala», señala Pavel. «Además, se necesitan pruebas adicionales para garantizar que estos dispositivos pueden competir con las sencillas y económicas bujías eléctricas».