La ricerca proposta è la naturale prosecuzione di quella proposta l¿anno scorso e riguarda lo studio delle dinamiche di processi chimici elementari, indotti dall'assorbimento di un fotone UV o per collisione bimolecolare, di molecole isolate e transienti (radicali liberi). Tale tipo di ricerca può essere considerata ricerca di base, ma allo stesso tempo ha notevoli implicazioni di carattere tecnologico-applicativo che vanno dallo sviluppo di processi di combustione più puliti ed efficienti alla definizione di modelli globali per la chimica dell'atmosfera e di quelle planetarie. Le tecniche sperimentali utilizzate sono la Spettroscopia Traslazionale dei Fotoframmenti (PTS) per gli studi di fotodissociazione e quella dei fasci molecolari incrociati (CMB) per la misura delle sezioni d'urto differenziali di reazione. Entrambe le tecniche utilizzano un rivelatore universale a spettrometria di massa che permetterà di caratterizzare tutti i canali primari di reazione e determinare i loro branching ratios. Lo sforzo sperimentale sarà accompagnato da un parallelo lavoro teorico-computazionale per affinare le basi interpretative e per determinare le costanti di velocità microcanoniche dei processi coinvolti mediante l'utilizzo della teoria statistica RRKM. Con la tecnica PTS verrà completato lo studio della fotodissociazione del radicale alfa-metilallile a 248 nm. Un intenso fascio molecolare contenente questo radicale verrà generato mediante pirolisi "flash" di CH2C(CH3)CH2CH2ONO che decompone termicamente mediante la perdita di NO e aldeide formica. Con la tecnica CMB si investigheranno reazioni radicale-molecola di tipo multicanale di molecole poliatomiche (si completerà lo studio sulla reazione O(3P)+piridina). Infine, i risultati attesi si inseriscono non solo nella prima priorità chiave del programma Horizon 2020, quella riguardante "Excellent Science", ma anche in altre come: "sviluppo sostenibile" e "produzione di energia sicura, pulita ed efficiente".
I risultati attesi da queste ricerche di frontiera sulle reazioni chimiche elementari di importanza nei processi di combustione, in astrochimica e nella chimica della nostra atmosfera non saranno limitati ad acquisire conoscenze fondamentali sulla dinamica di tali processi ma avranno un uso più ampio. Tali risultati permetteranno di condividere con tutta la comunità scientifica dati che dovrebbero essere molto rilevanti per future tecnologie emergenti collegate con l'energia sicura, pulita ed efficiente, la scienza spaziale nella sua globalità e l¿inquinamento atmosferico. Da questo punto di vista il progetto si inserisce non solo nella prima priorità chiave presente nel programma Horizon 2020, quella riguardante ¿Excellent Science¿, ma è anche in linea con altri obbiettivi di Horizon 2020. Come affermato nel documento della Commissione Europea, lo sviluppo sostenibile è un obiettivo principale di Horizon 2020. La terza priorità chiave riguarda alcune sfide sociali, che riflettono le priorità politiche delle strategie del 2020 dell'Europa e si rivolgono alle preoccupazioni maggiori condivise dai cittadini Europei. Una di queste è la capacità di avere una produzione di energia sicura, pulita ed efficiente. Anche se questo progetto è principalmente un progetto di ricerca fondamentale, alcuni dei risultati a cui mira dovrebbero essere importanti per progettare nuove sorgenti di energia più efficienti. Infatti, la conoscenza della dinamica di reazione può essere molto utile per l'obiettivo chiave di promuovere a livello Europeo lo sviluppo di tecnologie più pulite ed efficienti attraverso l'implementazione di modelli chimici di combustione teoreticamente fondati e più accurati. Per raggiungere questo obiettivo è importante lavorare sulla teoria e sul calcolo delle reazioni elementari, ma questo richiede dettagliati dati sperimentali per la validazione della teoria stessa. Tutto questo è motivato dal fatto che i modelli attuali che sono stati sviluppati per la combustione di idrocarburi e composti ossigenati presenti nel gas naturale, kerosene, benzina, diesel e bio-diesel funzionano abbastanza bene per la predizione di parametri di auto-ignizione e propagazione di fiamma. Però, il loro grado di successo si deteriora molto rapidamente nella predizione della formazione di prodotti di combustione minori pericolosi (alcheni, dieni, aromatici, aldeidi) e nanoparticelle di fumi, che hanno un impatto deleterio sia sull'ambiente che sulla salute umana. La maggior parte dei modelli non fornisce una descrizione soddisfacente di queste importanti specie intermedie e questo è in parte dovuto ad una incompleta comprensione dei possibili canali di reazione. Esperimenti come quelli proposti in questo progetto, che permetteranno di identificare anche i prodotti minori e la loro importanza relativa (branching ratios) in reazioni rilevanti in combustione, rappresenterebbero un grande passo avanti nella nostra comprensione di questo punto che è scientificamente una sfida, ma economicamente di valore, e politicamente e socialmente attraente. Infatti, la comprensione completa dei processi di combustione, specialmente per quello che riguarda la formazione di inquinanti, richiede la conoscenza a livello molecolare di tutte le reazioni elementari più importanti. In particolare, le reazioni dell'atomo di ossigeno fondamentale, O(3P), con idrocarburi insaturi rappresentano degli step cruciali in combustione. Solo in questo modo possiamo essere in grado di capire e, possibilmente, controllare la formazione di inquinanti nei processi di combustione. Mentre le costanti di velocità per la maggior parte delle reazioni di combustione sono già state misurate in esperimenti di cinetica classica, l¿identificazione dei prodotti di reazione e della loro resa rimane difficile da raggiungere e quindi metodi complementari come le tecniche PTS e CMB nel loro arrangiamento ¿universale¿, con rivelazione a spettrometria di massa, rappresentano una efficiente alternativa sperimentale per investigare le reazioni poliatomiche elementari multicanale e sono in grado di fornire ulteriori informazioni critiche. Una migliore comprensione della chimica delle combustioni è una sfida ad alta priorità che deve essere accettata prima che ulteriori sviluppi di processi innovativi di combustione siano intrapresi e prima che l'uso di bio-fuels diventi diffuso. Investigare la chimica della combustione in dettaglio è certamente necessario anche per promuovere lo sviluppo di motori più puliti. E' utile ricordare che questo tipo di studi sui processi chimici elementari ha stimolato interesse a livello internazionale, generando proficue collaborazioni e visite presso la nostra Università, con il Prof. P.L. Houston (The Georgia Institute of Technology, USA - prof. visitatore a titolo gratuito/6mesi) e il Prof. R.E. Continetti (Univ. California, San Diego, USA - prof. visitatore /5mesi - fondi Prof. Visitatori-Ricerca 2013).