منوعات

تعمل إضافات التشحيم الجديدة الصديقة للبيئة على حماية معدات التوربينات والممرات المائية

قام العلماء في مختبر أوك ريدج الوطني التابع لوزارة الطاقة بتطوير مواد تشحيم مضافة تحمي معدات التوربينات الهيدروليكية والبيئة.

في كل عام، وفقًا لوزارة الطاقة، يتم استهلاك ما يقرب من 2.47 مليار جالون من زيوت التشحيم في الولايات المتحدة وحدها للمحركات والآلات الصناعية، وينتهي نصفها تقريبًا في البيئة.

على الرغم من توفر مواد التشحيم الصديقة للبيئة، إلا أنها لم يتم تحسينها باستخدام إضافات يمكنها تحسين الأداء بشكل كبير مع الحد الأدنى من التأثير على البيئة في حالة الإطلاق العرضي. لإنشاء إضافات تشحيم غير سامة وقابلة للتحلل الحيوي وعالية الأداء للتوربينات الهيدروليكية، تحول الباحثون إلى السوائل الأيونية، أو ILs: أملاح سائلة عضوية تمتزج جيدًا مع الزيت، وتقلل الاحتكاك بين المحامل والتروس وتكون مستقرة على نطاق من درجات الحرارة.

عمل فريق من علماء المواد والبيئة في ORNL معًا لتصميم وتوليف واختبار أفضل مرشحات IL من فوسفات الأمونيوم وفوسفات الفوسفونيوم التي تقدم مزيجًا جيدًا من الخصائص.

عند إضافتها إلى الزيوت الأساسية، أظهرت ILs احتكاكًا أقل بنسبة 50% وانخفاضًا في تآكل المعدات بمقدار عشرة أضعاف مقارنةً بزيت التروس المتوفر تجاريًا، في حين لا تزال تلبي المعايير الفيدرالية الخاصة بالسمية البيئية وقابلية التحلل البيولوجي، كما هو موضح في ACS الكيمياء والهندسة المستدامة

يعتمد المشروع على أكثر من 20 عامًا من أبحاث IL في ORNL، بما في ذلك تطوير إضافات مواد التشحيم المصممة لتقليل تآكل المحرك وزيادة الاقتصاد في استهلاك الوقود في السيارة.

قال Jun Qu من ORNL، الذي يقود مشروع ومجموعة هندسة الأسطح وعلم الاحتكاك في ORNL: “أظهر لنا عملنا السابق أنه من الممكن زيادة أداء مواد التشحيم بشكل كبير بإضافة 1 بالمائة فقط، أو حتى نصف بالمائة، من IL”. . .

هذه المرة، سعى العلماء إلى إنشاء مادة مضافة غير سامة للتوربينات المثبتة في البيئات المائية، وتوليد الكهرباء من الأمواج والمد والجزر وتيارات المحيطات والأنهار. على الرغم من أن ILs تعتبر بشكل عام أقل سمية من مكونات مواد التشحيم التقليدية، إلا أن تأثيرها على البيئة لم تتم دراسته عن كثب.

وقالت تيريزا ماثيوز، رئيسة مجموعة التنوع البيولوجي وصحة النظام البيئي في ORNL: “من منظور بيئي، هناك ثلاثة عوامل رئيسية نهتم بها فيما يتعلق بمواد التشحيم هذه”. “يجب أن تعمل بشكل جيد للغاية، ولا نريد أن تكون سامة للكائنات المائية، وفي حالة حدوث تسرب، لا نريد أن تكون مواد التشحيم مركبات تدوم في البيئة. نريدها أن تتحلل سريع جدا.”

تبحث عن صيغة أنظف

سعى الفريق أولاً إلى إزالة العناصر السامة المحتملة مثل الفلور والكلور والمعادن مثل الزنك والحديد من ILs المرشحة. كما ركزوا أيضًا على إنشاء ILs مصنوعة من سلاسل هيدروكربونية أقصر – سلاسل تحتوي على أقل من ست ذرات كربون – والتي تعتبر بشكل عام أقل سمية.

وقال تشو: “لقد وجدنا أن سلسلة رباعية الكربون هي النقطة المثالية”. وأضاف أن IL الذي يقل طوله عن أربع ذرات كربون يؤدي إلى IL لا يمتزج جيدًا مع الزيت وكان أقل استقرارًا حرارياً.

تم إجراء اختبارات الاحتكاك بأجزاء معدنية تحاكي التروس ومحامل التوربينات المطلية بمادة تشحيم تحتوي على IL. تم تمييز التآكل السطحي الناتج للأجزاء بواسطة المجهر الإلكتروني في مركز علوم المواد النانوية، وهو مرفق مستخدم لمكتب العلوم التابع لوزارة الطاقة في ORNL.

وقال هويمين لو، الكيميائي في قسم علوم التصنيع في ORNL الذي قاد أعمال التخليق الكيميائي، إن هذه العوازل المعينة سهلة الإنتاج إلى حد ما ويمكن توسيع نطاقها بسهولة للتسويق التجاري.

لتحديد التأثير البيئي للمواد المضافة، أجرت لويز ستيفنسون، عالمة السموم البيئية في ORNL، اختبارات السمية وقابلية التحلل الحيوي في مختبر ORNL لعلم السموم البيئية، حيث يتم إجراء التقييمات بشكل روتيني لوزارة الطاقة ووزارة الدفاع والوكالات الأخرى. وفقا لبروتوكولات وكالة حماية البيئة، يتم استخدام اختبارات السمية سيريودافنياقشريات العوالق الصغيرة التي تسمى عادة براغيث الماء، وهي منخفضة في السلسلة الغذائية، ولها دورة حياة قصيرة ومعدل تكاثر سريع، كما أنها حساسة للغاية للظروف البيئية.

توفر العوالق الصغيرة معلومات كبيرة

وقال ستيفنسون إن هذه الكائنات الحية “تشبه طيور الكناري في منجم للفحم من حيث السمية المائية لأنها تتغذى على المرشحات وتتفاعل مع الكثير من الماء”. “على مدار اختبار مدته سبعة أيام، سنحصل على ثلاث إلى أربع دورات تكاثر مع فقس يومي، حتى نتمكن من البحث عن التأثيرات المميتة والتأثيرات شبه المميتة مثل التأثيرات على التكاثر والنمو التي لها تأثير على بقاء الحيوان. سكان.

في حين أن زيوت التشحيم الأساسية المقبولة بيئيًا لم يكن لها أي تأثير على القشريات، فقد وجد أن إضافات التشحيم التجارية ومركبين من مركبات IL المبكرة شديدة السمية للكائنات الحية، مما يؤدي إلى وفيات بنسبة 100٪ خلال يوم إلى ثلاثة أيام بعد التعرض. أدت التصميمات النهائية للفريق لإضافات الإنترلوكين المستندة إلى فوسفات الأمونيوم وفوسفات الفوسفونيوم قصير السلسلة إلى معدلات بقاء على قيد الحياة تتراوح بين 90 إلى 100 بالمائة بعد سبعة أيام.

تم العثور أيضًا على أن مواد التشحيم النهائية المعززة بـ IL ذات الأداء العالي قابلة للتحلل بدرجة كبيرة مقارنةً بإضافات مواد التشحيم القياسية. تضمنت الاختبارات تعريض المركبات للميكروبات المائية ثم قياس معدل إنتاج ثاني أكسيد الكربون أثناء قيام الميكروبات بتفكيك المواد.

تعتبر مواد التشحيم عالية الأداء والصديقة للبيئة والمصممة خصيصًا لتوربينات الطاقة البحرية مهمة لأسباب أخرى، بما في ذلك متانة المعدات. وقال شو إن تكنولوجيا مواد التشحيم المستخدمة حاليا في التوربينات البحرية تم استعارتها من توربينات الرياح، التي تتم صيانتها كل ستة إلى 18 شهرا. لكن توربينات المد والجزر المثبتة في المحيطات أو الأنهار مصممة عادة لتتم صيانتها كل ست سنوات، وتعمل في ظروف أكثر قسوة.

ومن المتوقع بعد ذلك أن يركز المشروع على مواصلة تطوير إضافات التشحيم IL خصيصًا للاستخدام في توربينات المد والجزر العاملة في المحيط والمعرضة للتلوث المحتمل بمياه البحر والضغوط ودرجات الحرارة الشديدة.

..

Source link

orcalimaa

المصدر الرئيسي للأخبار والمعلومات الصحية والطبية الموثوقة وفي الوقت المناسب . توفير معلومات صحية ذات مصداقية ومجتمع داعم وخدمات تعليمية من خلال مزج الخبرة الحائزة على جوائز في المحتوى والخدمات المجتمعية وتعليقات الخبراء والمراجعة الطبية .

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

زر الذهاب إلى الأعلى