Група дослідників з Токійського технологічного інституту запропонувала вирішення проблеми безпеки рідкого палива – вчені запропонували робити це всередині полімерних гелевих мереж. Про це пише Chemical Engineering Journal.
Розробники розглянули процес зберігання етанолу, звичайного рідкого палива, в гелі хімічно зшитого полі – (N-ізопропілакриламіду). Вони перевірили, чи допомогло захоплення молекул етанолу в довгих і хімічно переплетених полімерних ланцюгах PNIPAAm знизити швидкість його випаровування. Щоб перевірити це, дослідники створили невеликі сфери з гелю pnipaam, наповненого етанолом, і помістили їх на електронні ваги, щоб записати, як маса змінювалася при випаровуванні етанолу. Вони також провели цей експеримент з еквівалентною дозою етанолу приблизно з такою ж площею поверхні та масою, що і гелева сфера.
Вони виявили, що зберігання етанолу в полімерному гелі повністю пригнічує схильність палива до швидкого випаровування. Ймовірно, це пов’язано з тим, що молекули етанолу «захоплені» гелем, як пояснює професор Хосоя: «полімерний гель містить безліч тривимірних полімерних ланцюгів, які сильно хімічно зшиті. Ці ланцюги зв’язують молекули етанолу за допомогою різних фізичних взаємодій, обмежуючи його випаровування в процесі”. Цікаво, що завантажений гель не поводиться, як мокрий рушник. У той час, як вологий рушник виділяє рідину при стисненні, полімерний гель не виділяв етанол під дією зовнішніх сил.
Вирішивши проблему випаровування, команда перейшла до вивчення фактичних характеристик горіння етанолу в мережі полімерного гелю, щоб побачити, чи ефективно вони горять. Вони підпалювали заповнені етанолом гелеві сфери різних розмірів і спостерігали за зміною їх маси та профілів форми в режимі реального часу. На підставі цього вони визначили, що горіння завантажених гелевих сфер PNIPAAm складається з двох фаз: фаза, в якій переважає горіння чистого етанолу, за якою слідує друга фаза, в якій переважає горіння самого полімеру PNIPAAm.
За допомогою подальшого теоретичного аналізу цих результатів команда дійшла важливого висновку: перша і основна фаза згоряння завантажених гелевих сфер PNIPAAm слідує моделі постійної температури крапель. Це означає, що горіння гелю з етанолом може бути описано тією ж моделлю, що і для крапель рідкого палива, натякаючи на те, що їх характеристики горіння повинні бути схожими.
“Зберігання полімерного гелю може запобігти вибухам і пожежам через різке скорочення випаровування палива і, в свою чергу, утворення горючих газових сумішей, які легко можуть статися в результаті витоку в сховище», — пояснює професор Хосоя.
- У Гонконзі винайшли найенергоефективнішу LED лампу
- Starship довезе пасажирів з Європи до США за півгодини на швидкості 27 000 км/год
Рідке паливо з високою щільністю енергії необхідно в багатьох випадках, коли хімічна енергія перетворюється в керований рух, наприклад, в ракетах, газових турбінах, котлах і деяких двигунах транспортних засобів. Крім характеристик горіння і продуктивності, також важливо гарантувати безпеку і стабільність цих видів палива при використанні, а також при транспортуванні й зберіганні.
Одна з поширених небезпек при роботі з рідким паливом полягає в тому, що воно може швидко випаровуватися в обмеженому просторі, утворюючи хмари легкозаймистих газів. Це може призвести до вибухів або пожеж. Щоб вирішити цю проблему, дослідники розглянули можливість використання загущеного палива або палива, що перетворюється в густі гелеподібні речовини при низьких температурах. На жаль, є багато аспектів, які необхідно оптимізувати, і перешкод, які необхідно подолати, перш ніж желатинізоване паливо зможе вийти за рамки етапу досліджень.