دانشمندان در آزمایشگاه ملی Oak Ridge وزارت انرژی، افزودنی های روان کننده ای ساخته اند که هم از تجهیزات توربین آبی و هم از محیط اطراف محافظت می کند.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.
در حالی که روان کننده های قابل قبول از نظر زیست محیطی در دسترس هستند، آنها با افزودنی هایی که می توانند عملکرد را تا حد زیادی بهبود بخشند و در صورت آزاد شدن تصادفی حداقل اثرات زیست محیطی داشته باشند، بهینه نشده اند. برای ایجاد افزودنی‌های روان‌کننده غیرسمی، زیست تخریب‌پذیر و با کارایی بالا برای توربین‌های نیروگاه آب، محققان به مایعات یونی یا IL روی آوردند: نمک‌های مایع آلی که به خوبی با روغن مخلوط می‌شوند، اصطکاک بین یاتاقان‌ها و چرخ دنده‌ها را کاهش می‌دهند و در طیف وسیعی از دماها پایدار هستند.
تیمی از دانشمندان مواد و محیط زیست در ORNL برای طراحی، سنتز و آزمایش IL های کاندید برتر آمونیوم فسفات و فسفاتِ فسفات که ترکیب خوبی از خواص را ارائه می دهند، با هم کار کردند و هنگامی که به روغن‌های پایه اضافه می‌شوند، ILها 50% کمتر اصطکاک و کاهش 10 برابری سایش تجهیزات را در مقایسه با روغن دنده‌های تجاری موجود نشان می‌دهند، در حالی که مطابق با استانداردهای فدرال برای سمیت زیست‌محیطی و زیست‌تخریب‌پذیری،
این پروژه بر اساس بیش از 20 سال تحقیق IL در ORNL، از جمله توسعه افزودنی های روان کننده طراحی شده برای کاهش سایش موتور و افزایش مصرف سوخت در وسایل نقلیه است.
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 داد که می توانید عملکرد روان کننده ها را با افزودن تنها 1٪ یا حتی نیم درصد IL به طرز چشمگیری افزایش دهید.” .
این بار، دانشمندان به دنبال ایجاد یک افزودنی غیرسمی برای استفاده در توربین‌های نصب شده در محیط‌های آبی بودند که با استفاده از امواج، جزر و مد، جریان‌های اقیانوس و رودخانه برق تولید می‌کردند. اگرچه IL ها عموماً سمیت کمتری نسبت به مواد روان کننده معمولی در نظر گرفته می شوند، تأثیر آنها بر محیط زیست به طور دقیق مورد مطالعه قرار نگرفته است.
ترزا ماتیوز، سرپرست گروه تنوع زیستی و سلامت اکوسیستم در ORNL، گفت: از جنبه زیست محیطی، سه عامل اصلی وجود دارد که ما در مورد این روان کننده ها اهمیت می دهیم. “آنها باید عملکرد بالایی داشته باشند، ما نمی خواهیم آنها برای هیچ موجود آبزی سمی باشند، و اگر نشت کنند، ما نمی خواهیم روان کننده ها ترکیباتی باشند که در محیط ماندگار شوند. ما می خواهیم آنها بسیار تجزیه شوند. به طور سریع.
این تیم ابتدا به دنبال حذف عناصر سمی بالقوه مانند فلوئور و کلر و فلزاتی مانند روی و آهن از ILهای کاندید بودند. آنها همچنین بر ایجاد ILهای متشکل از زنجیره‌های هیدروکربنی کوتاهتر متمرکز شدند – زنجیره‌هایی که کمتر از شش اتم کربن دارند – که عموماً سمیت کمتری دارند.
Qu گفت: “ما یک زنجیره چهار کربنه را به عنوان نقطه شیرین یافتیم.” 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 ساده است و می توان آنها را به راحتی برای تجاری سازی مقیاس کرد.
برای تعیین اثرات زیست محیطی افزودنی ها، لوئیز استیونسون، اکوتوکسیکولوژیست ORNL، آزمایش های سمیت و زیست تخریب پذیری را در آزمایشگاه سم شناسی محیطی ORNL انجام داد، جایی که ارزیابی ها به طور معمول برای DOE، وزارت دفاع و سایر آژانس ها انجام می شود. طبق پروتکل‌های آژانس حفاظت از محیط زیست، آزمایش‌های سمیت مورد استفاده قرار گرفت ، سخت‌پوستان پلانکتون ریز که معمولاً به عنوان کک‌های آبی شناخته می‌شوند، چرخه زندگی کوتاه و سرعت تولید مثل سریع دارند و به شرایط محیطی بسیار حساس هستند.
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 دور تولیدمثل با جوجه ریزی روزانه دریافت خواهیم کرد، بنابراین می‌توانیم هم به دنبال اثرات کشنده و هم اثرات زیر کشنده مانند اثرات تولید مثل و رشد باشیم که بر بقای جمعیت تأثیر دارد.»
در حالی که روغن‌های پایه روان‌کننده قابل قبول برای محیط‌زیست هیچ 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. طراحی نهایی این تیم برای فسفات آمونیوم زنجیره کوتاه و افزودنی‌های فسفات فسفات IL منجر به نرخ بقای 90 تا 100 درصدی پس از هفت روز شد.
همچنین مشخص شد که روان‌کننده‌های تقویت‌شده با IL نهایی، در مقایسه با افزودنی‌های روان‌کننده استاندارد، بسیار زیست تخریب‌پذیر هستند. 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 کردند، بود.
روان کننده های با کارایی بالا و سازگار با محیط زیست که به طور خاص برای توربین های انرژی دریایی طراحی شده اند به دلایل دیگری از جمله دوام تجهیزات مهم هستند. Qu گفت که فن آوری روان کننده ای که در حال حاضر برای توربین های دریایی استفاده می شود از توربین های بادی قرض گرفته شده است که هر شش تا 18 ماه یکبار سرویس می شوند. اما توربین‌های جزر و مدی نصب شده در اقیانوس یا رودخانه‌ها معمولاً برای سرویس دهی هر شش سال یکبار طراحی می‌شوند و در شرایط بسیار سخت‌تر کار می‌کنند.
انتظار می رود این پروژه در مرحله 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.
.Materials provided by DOE/Oak Ridge National Laboratory. Note: Content may be edited for style and length
