Топливо сделали неогнеопасным: для этого его превратили в гидрогель

Группа исследователей из Токийского технологического института предложила решение проблемы безопасности жидкого топлива — ученые предложили делать это внутри полимерных гелевых сетей. Об этом пишет Chemical Engineering Journal. Разработчики рассмотрели процесс хранения этанола, обычного жидкого топлива, в геле химически сшитого поли-(N-изопропилакриламида).

Они проверили, помогло ли улавливание молекул этанола в длинных и химически переплетенных полимерных цепях PNIPAAm снизить скорость его испарения. Чтобы проверить это, исследователи создали небольшие сферы из геля PNIPAAm, наполненного этанолом, и поместили их на электронные весы, чтобы записать, как масса менялась при испарении этанола. Они также провели этот эксперимент с эквивалентной дозой этанола примерно с такой же площадью поверхности и массой, что и гелевая сфера. Химики обнаружили, что хранение этанола в полимерном геле полностью подавляет склонность топлива к быстрому испарению.

Вероятно, это связано с тем, что молекулы этанола «захвачены» гелем, как объясняет профессор Хосоя: «Полимерный гель содержит бесчисленное множество трехмерных полимерных цепей, которые сильно химически сшиты. Эти цепи связывают молекулы этанола посредством различных физических взаимодействий, ограничивая его испарение в процессе». Интересно, что загруженный гель не ведет себя, как мокрое полотенце. В то время, как влажное полотенце выделяет жидкость при сжатии, полимерный гель не выделял этанол под действием внешних сил».

Решив проблему испарения, команда перешла к изучению фактических характеристик горения этанола в сети полимерного геля, чтобы увидеть, эффективно ли они горят. Они поджигали заполненные этанолом гелевые сферы различных размеров и наблюдали за изменением их массы и профилей формы в режиме реального времени. На основании этого они определили, что горение загруженных гелевых сфер PNIPAAm состоит из двух фаз: фаза, в которой преобладает горение чистого этанола, за которой следует вторая фаза, в которой преобладает горение самого полимера PNIPAAm.

Посредством последующего теоретического анализа этих результатов команда пришла к важному выводу: первая и основная фаза сгорания загруженных гелевых сфер PNIPAAm следует модели постоянной температуры капель. Это означает, что горение геля с этанолом может быть описано той же моделью, что и для капель жидкого топлива, намекая на то, что характеристики их горения должны быть схожими.

«Хранение полимерного геля может предотвратить взрывы и пожары за счет резкого сокращения испарения топлива и, в свою очередь, образования горючих газовых смесей, которые легко могут произойти в результате утечки в хранилище», — объясняет профессор Хосоя.

Жидкое топливо с высокой плотностью энергии необходимо во многих случаях, когда химическая энергия преобразуется в управляемое движение, например, в ракетах, газовых турбинах, котлах и некоторых двигателях транспортных средств. Помимо характеристик горения и производительности, также важно гарантировать безопасность и стабильность этих видов топлива при использовании, а также при транспортировке и хранении.

Одна из распространенных опасностей при работе с жидким топливом заключается в том, что оно может быстро испаряться в ограниченном пространстве, образуя облака легковоспламеняющихся газов. Это может привести к взрывам или пожарам. Чтобы решить эту проблему, исследователи рассмотрели возможность использования загущенного топлива или топлива, превращающегося в густые гелеобразные вещества при низких температурах. К сожалению, есть много аспектов, которые необходимо оптимизировать, и препятствий, которые необходимо преодолеть, прежде чем желатинизированное топливо сможет выйти за рамки этапа исследований.

Пожалуйста, оцените статью:
Пока нет голосов
Источник(и):

ХайТек