_ New eco - aditivii lubrifianți prietenoși protejează echipamentele turbinelor, căile navigabile

Oamenii de știință de la Laboratorul Național Oak Ridge al Departamentului de Energie au dezvoltat aditivi pentru lubrifianți care protejează atât echipamentele turbinelor cu apă, cât și mediul înconjurător.

În fiecare an. , aproximativ 2,47 miliarde de galoane de ulei lubrifiant sunt consumați numai în Statele Unite pentru motoare și mașini industriale, conform DOE, aproximativ jumătate ajungând în cele din urmă în mediu.

Deși sunt disponibili lubrifianți acceptabili din punct de vedere ecologic, nu sunt optimizate cu aditivi care pot îmbunătăți considerabil performanța în timp ce prezintă un impact minim asupra mediului dacă sunt eliberați accidental. Pentru a crea aditivi lubrifianți netoxici, biodegradabili și de înaltă performanță pentru turbinele cu apă, cercetătorii au apelat la lichide ionice sau IL: săruri lichide organice care se amestecă bine cu uleiul, reduc frecarea dintre rulmenți și roți dințate și sunt stabile într-o gamă de temperaturi.

O echipă de oameni de știință în materie de materiale și mediu de la ORNL a lucrat împreună pentru a proiecta, sintetiza și testa IL de fosfat de amoniu și fosfat de fosfoniu de top candidat, care oferă o combinație bună de proprietăți.

Când adăugate la uleiurile de bază, IL-urile au demonstrat cu 50% mai puțină frecare și o scădere de zece ori a uzurii echipamentului în comparație cu un ulei de transmisie disponibil comercial, îndeplinesc în același timp standardele federale pentru toxicitatea mediului și biodegradabilitate, așa cum este descris în ACS Sustainable Chemistry & Engineering.

Proiectul se bazează pe mai mult de 20 de ani de cercetare IL la ORNL, inclusiv dezvoltarea aditivilor pentru lubrifianți menționați să reducă uzura motorului și să crească economia de combustibil la vehicule.

„Lucrările noastre anterioare ne-au arătat că dvs. ar putea crește dramatic performanța lubrifianților cu adăugarea a doar 1% sau chiar jumătate la sută din IL", a declarat Jun Qu de la ORNL, care conduce proiectul și grupul de Inginerie și Tribologie a suprafețelor de la ORNL.

De data aceasta, oamenii de știință au căutat să creeze un aditiv netoxic pentru a fi utilizat în turbinele instalate în medii acvatice, generând electricitate folosind valuri, maree, curenți oceanici și fluviali. Deși IL sunt în general considerate mai puțin toxice decât ingredientele lubrifiante convenționale, impactul lor asupra mediului nu a fost studiat îndeaproape.

„În ceea ce privește mediul, există trei factori principali de care ne pasă cu acești lubrifianți”, a spus Teresa Mathews, lider pentru grupul de biodiversitate și sănătate a ecosistemelor de la ORNL. „Trebuie să fie foarte performante, nu vrem ca ele să fie toxice pentru orice organisme acvatice și, dacă există o scurgere, nu vrem ca lubrifianții să fie compuși care să reziste în mediu. Vrem să se degradeze foarte mult. rapid.”

Urmând o formulă mai curată

Echipa a încercat mai întâi să elimine elementele toxice potențiale precum fluorul și clorul și metalele precum zincul și fierul din IL candidate. Ei s-au concentrat, de asemenea, pe crearea IL formate din lanțuri de hidrocarburi mai scurte - lanțuri care conțin mai puțin de șase atomi de carbon - care sunt, în general, considerate a fi mai puțin toxice.

„Am descoperit că un lanț cu patru atomi de carbon este punctul ideal. ”, a spus Qu. Trecerea mai scurtă de patru carboni a dus la un IL care nu se amesteca bine cu uleiul și era mai puțin stabil din punct de vedere termic, a adăugat el.

Testarea de frecare a fost realizată cu piese metalice care simulează angrenaje ale turbinei și rulmenți acoperiți cu un lubrifiant care conține IL. Uzura rezultată a suprafeței pieselor a fost caracterizată prin microscopie electronică la Centrul pentru Științe ale Materialelor Nanofazate, o facilitate pentru utilizatorii DOE Office of Science la ORNL.

Aceste IL-uri specifice sunt destul de simplu de produs și pot fi ușor extinse. pentru comercializare, a spus Huimin Luo, un chimist în Divizia de Știință a Producției a ORNL, care a condus activitatea de sinteză chimică.

Pentru a determina impactul aditivilor asupra mediului, ecotoxicologul ORNL Louise Stevenson a efectuat teste de toxicitate și biodegradabilitate în Laboratorul de toxicologie de mediu al ORNL, unde evaluările sunt efectuate în mod obișnuit pentru DOE, Departamentul de Apărare și alte agenții. Conform protocoalelor Agenției pentru Protecția Mediului, testele de toxicitate au folosit Ceriodaphnia, mici crustacee planctonice, cunoscute în mod obișnuit sub numele de purici de apă, care stau la baza lanțului trofic, au un ciclu de viață scurt și o rată de reproducere rapidă și sunt foarte sensibili la condițiile de mediu.

Organismele „sunt ca canarii dintr-o mină de cărbune din cauza toxicității acvatice, deoarece sunt alimentatoare de filtrare și interacționează cu multă apă”, a spus Stevenson. „Într-un test de șapte zile, vom obține trei până la patru runde de reproducere cu eclozare zilnică, astfel încât să putem căuta atât efectele letale, cât și efectele subletale, cum ar fi efectele de reproducere și de creștere care au un efect asupra supraviețuirii populației.

În timp ce uleiurile de bază lubrifiante acceptabile din punct de vedere ecologic nu au avut niciun efect asupra crustaceelor, aditivii lubrifianți comerciali și doi compuși IL timpurii s-au dovedit a fi extrem de toxici pentru organisme, ducând la o mortalitate de 100% în decurs de una până la trei zile după expunere. . Proiectele finale ale echipei pentru aditivii IL cu fosfat de amoniu și fosfat de fosfoniu cu lanț scurt au dus la rate de supraviețuire de 90-100% după șapte zile.

Lubrifianții finali, cu performanțe superioare, îmbunătățite cu IL s-au dovedit, de asemenea, a fi extrem de ridicate. biodegradabil în comparație cu aditivii lubrifianți standard. Testarea a implicat expunerea compușilor la microbi acvatici și apoi măsurarea ratei producției de dioxid de carbon pe măsură ce microbii descompun materialele.

Lubrifianții de înaltă performanță, ecologici, proiectați special pentru turbinele cu energie marine sunt importanți din alte motive. , inclusiv durabilitatea echipamentului. Tehnologia lubrifianților utilizată în prezent pentru turbinele marine a fost împrumutată de la turbinele eoliene, care sunt întreținute la fiecare șase până la 18 luni, a spus Qu. Dar turbinele de maree instalate în ocean sau râuri sunt de obicei proiectate pentru funcționare la fiecare șase ani și funcționează în condiții mult mai dure.

Proiectul se așteaptă să se concentreze în continuare pe dezvoltarea ulterioară a aditivilor lubrifianți IL special pentru utilizarea în maree. turbine care funcționează în ocean și expuse la o potențială contaminare a apei de mare și la extreme de presiune și temperatură.

Proiectul evidențiază expertiza și capacitățile diverse adunate la ORNL pentru a aborda o gamă largă de provocări economice, de mediu și societale, spun oamenii de știință. a remarcat.

Stevenson a spus: „Chimia verde este un subiect fierbinte, iar acesta este un exemplu de a face acest lucru și de a lucra împreună între oamenii de știință din materiale și oamenii de știință din mediu pentru a ajunge la o soluție într-un mod colaborativ, productiv. „

(Fluierul)