خبرگزاري آريا – دانشمندان در آزمايشگاه ملي Oak Ridge وزارت انرژي، افزودني‌هاي روان‌کننده توليد کرده‌اند که هم از تجهيزات توربين آب و هم از محيط زيست محافظت مي‌کند.

به گفته DOE، هر سال تقریباً 2.47 میلیارد گالن روغن روان کننده تنها در ایالات متحده برای موتورها و ماشین آلات صنعتی مصرف می شود که حدود نیمی از آنها در نهایت به محیط زیست راه پیدا می کنند.

اگرچه روان کننده های سازگار با محیط زیست در دسترس هستند، اما با افزودنی هایی که می توانند عملکرد را به طور قابل توجهی بهبود بخشند و در صورت آزاد شدن تصادفی کمترین تأثیر زیست محیطی را داشته باشند، بهینه نشده اند. برای ایجاد مواد افزودنی روان کننده غیر سمی، زیست تخریب پذیر و بسیار کارآمد برای توربین های آبی، محققان به مایعات یونی یا IL ها روی آوردند: نمک های مایع آلی که به خوبی با روغن مخلوط می شوند، اصطکاک بین یاتاقان ها و چرخ دنده ها را کاهش می دهند و در طیف وسیعی از دماها پایدار هستند.

تیمی از دانشمندان مواد و محیط زیست در ORNL برای طراحی، سنتز، و آزمایش ILهای کاندید برتر فسفات آمونیوم و فسفات فسفات که ترکیب خوبی از خواص را ارائه می‌دهند، با هم کار کردند.

هنگامی که به روغن های پایه اضافه می شود، IL ها 50٪ اصطکاک کمتر و کاهش ده برابری در سایش تجهیزات را در مقایسه با روغن انتقال تجاری موجود نشان می دهند، در حالی که استانداردهای فدرال برای سمیت زیست محیطی و تجزیه پذیری زیستی را رعایت می کنند. همانطور که در شیمی و مهندسی پایدار ACS

این پروژه بر اساس بیش از 20 سال تحقیق IL در ORNL، شامل توسعه افزودنی های روان کننده طراحی شده برای کاهش سایش موتور و افزایش مصرف سوخت در وسایل نقلیه.

Jun Qu از ORNL که پروژه و گروه مهندسی سطح و تریبولوژی در ORNL را رهبری می کند، گفت: “کار قبلی ما به ما نشان داده است که می توانید عملکرد روان کننده ها را با اضافه کردن 1 درصد یا حتی نیم درصد IL به طور چشمگیری افزایش دهید.” .

این بار دانشمندان سعی کردند یک افزودنی غیر سمی برای استفاده در توربین های نصب شده در محیط آبی ایجاد کنند و با استفاده از امواج، جزر و مد، جریان های اقیانوس و رودخانه برق تولید کنند. اگرچه IL ها عموماً سمیت کمتری نسبت به مواد روان کننده معمولی دارند، تأثیرات زیست محیطی آنها به دقت مورد مطالعه قرار نگرفته است.

ترزا متیوز، رئیس گروه تنوع زیستی و سلامت اکوسیستم ORNL، گفت: از دیدگاه محیطی، سه عامل اصلی وجود دارد که ما را به این روان کننده ها علاقه مند می کند. آنها باید عملکرد بالایی داشته باشند، ما نمی خواهیم آنها برای آبزیان سمی باشند، و اگر نشت کنند، نمی خواهیم روان کننده ها ترکیباتی باشند که در محیط باقی بمانند. ما می خواهیم آنها خیلی سریع تنزل پیدا کنند.

دنبال فرمول تمیزتر

این تیم ابتدا سعی کردند عناصر سمی بالقوه مانند فلوئور و کلر و فلزاتی مانند روی و آهن را از نامزد IL حذف کنند. آنها همچنین بر ایجاد ILهای متشکل از زنجیره‌های هیدروکربنی کوتاه‌تر – زنجیره‌های حاوی کمتر از شش اتم کربن – که عموماً کمتر سمی هستند، تمرکز کردند.

کو گفت: «ما دریافتیم که زنجیره چهار کربنه نقطه شیرین است. او افزود که کوتاهتر از چهار کربن منجر به IL می شود که به خوبی با روغن مخلوط نمی شود و از نظر حرارتی پایدارتر است.

آزمایش اصطکاک با قطعات فلزی شبیه‌سازی چرخ دنده‌های توربین و یاتاقان‌های پوشش داده شده با روان‌کننده حاوی IL انجام شد. سایش سطحی حاصل از قطعات با استفاده از میکروسکوپ الکترونی در مرکز علوم مواد نانوفاز، یک مرکز کاربر دفتر علوم DOE در ORNL مشخص شد.

Huimin Luo، شیمیدان در بخش علوم تولیدی ORNL که کار سنتز شیمیایی را رهبری می کرد، گفت: تولید این IL های خاص نسبتاً آسان است و می توان آنها را به راحتی برای تجاری سازی بزرگ کرد.

برای تعیین تأثیر زیست محیطی افزودنی ها، لوئیز استیونسون، اکوتوکسیکولوژیست ORNL، آزمایش های سمیت و زیست تخریب پذیری را در ORNL انجام داد. آزمایشگاه سم شناسی محیطی، جایی که ارزیابی ها به طور معمول برای وزارت دفاع، وزارت دفاع و سایر آژانس ها انجام می شود. به دنبال پروتکل های آژانس حفاظت از محیط زیست، آزمایش های سمیت استفاده می شود سروودافنیسخت پوستان پلانکتون کوچک معروف به کک های آبی که در انتهای زنجیره غذایی قرار دارند دارای چرخه زندگی کوتاه و سرعت تولید مثل سریع هستند و به شرایط محیطی بسیار حساس هستند.

پلانکتون های کوچک بینش بزرگی ارائه می دهد

استیونسون گفت: این موجودات مانند قناری ها در معدن زغال سنگ برای سمیت آبزیان هستند، زیرا آنها فیلتر کننده هستند و با آب زیادی تعامل دارند. در یک آزمایش هفت روزه، سه تا چهار چرخه تولیدمثلی با جوجه ریزی روزانه بدست می آوریم، بنابراین می توانیم هم به دنبال اثرات کشنده و هم اثرات زیر کشنده، مانند اثرات بر تولید مثل و رشد باشیم که بر بقای جمعیت تأثیر دارد.»

در حالی که روغن‌های پایه روان‌کننده قابل قبول برای محیط‌زیست تأثیری بر سخت‌پوستان نداشتند، افزودنی‌های روان‌کننده تجاری و دو ترکیب اولیه IL برای ارگانیسم‌ها بسیار سمی بودند که منجر به مرگ 100% در طی یک تا سه روز پس از قرار گرفتن در معرض آنها شد. طرح‌های نهایی تیم از مکمل‌های آمونیوم فسفات و فسفات فسفات IL با زنجیره کوتاه منجر به نرخ بقای 90 تا 100 درصدی پس از هفت روز شد.

روان‌کننده‌های تقویت‌شده با IL نهایی نیز در مقایسه با افزودنی‌های روان‌کننده استاندارد بسیار زیست تخریب‌پذیر بودند. آزمایش شامل قرار دادن ترکیبات در معرض میکروب های آبزی و سپس اندازه گیری میزان تولید دی اکسید کربن در زمانی که میکروب ها مواد را تجزیه می کنند، می باشد.

روان کننده های با کارایی بالا و سازگار با محیط زیست که به طور خاص برای توربین های نیروی دریایی طراحی شده اند به دلایل دیگری از جمله دوام تجهیزات مهم هستند. کو گفت که فناوری روانکاری که در حال حاضر برای توربین های دریایی استفاده می شود از توربین های بادی قرض گرفته شده است که هر 6 تا 18 ماه یکبار سرویس می شوند. اما توربین‌های جزر و مدی نصب شده در اقیانوس یا رودخانه‌ها معمولاً هر شش سال یکبار برای سرویس‌دهی طراحی می‌شوند و در شرایط بسیار شدیدتری کار می‌کنند.

انتظار می رود پروژه بعدی بر توسعه بیشتر افزودنی های روان کننده IL به طور خاص برای استفاده در توربین های جزر و مدی که در اقیانوس ها کار می کنند و در معرض آلودگی بالقوه آب دریا و فشار و دما هستند تمرکز کند.

“فقط در ORNL”

دانشمندان خاطرنشان کردند که این پروژه تخصص و قابلیت‌های متنوعی را که در ORNL گرد هم آمده است تا به طیف وسیعی از چالش‌های اقتصادی، زیست‌محیطی و اجتماعی نشان دهد.

استیونسون گفت: “من دوست دارم وقتی در آزمایشگاه اکولوژی آبزیان بازدید می کنم، در مورد این پروژه صحبت کنم.” “این نوع کاری است که فقط در ORNL می تواند اتفاق بیفتد زیرا ما در اینجا چنین کارکنان بین رشته ای داریم. Jun و Huimin ترکیبی را توسعه دادند، آن را برای آزمایش سمیت و زیست تخریب پذیری به ما آوردند، سپس ما بازخورد دادیم و همه به طور مکرر برای یافتن دوستدار محیط زیست شیمیایی ممکن کار کردند.

شیمی سبز یک موضوع داغ است، و این نمونه‌ای از انجام آن و کار با هم بین دانشمندان مواد و دانشمندان محیط زیست برای یافتن راه‌حلی به شیوه‌ای مشارکتی و سازنده است.»

برای اطلاعات در مورد مجوز فناوری یا تحقیقات مشترک، با ORNL تماس بگیرید دفتر مشارکت. این پروژه عمدتاً توسط دفتر بهره وری انرژی و انرژی های تجدیدپذیر DOE، دفتر فناوری نیروی برق آبی، و همچنین دفتر فناوری خودروهای EERE و برنامه های نوآوری فناوری DOE و ORNL تامین شده است.

UT-Battelle ORNL را برای دفتر علوم DOE، بزرگترین حامی تحقیقات پایه در علوم فیزیکی در ایالات متحده، مدیریت می کند. دفتر علوم DOE برای رسیدگی به برخی از مهم ترین چالش های زمان ما کار می کند. برای اطلاعات بیشتر مراجعه کنید https://energy.gov/science.