Заміна Газу в промисловості

Природні екосистеми з самого початку використовували закони фізики, не вдаючись до хімії. Цінність цього ще раз підтверджується значним потенціалом використання паливних газів. Маріо Моліна, дослідник з Каліфорнійського університету, разом з Шервудом Роуландом отримали Нобелівську премію за оригінальну роботу, вперше опубліковану в 1974 році, в якій паливні гази були визнані причиною різкого погіршення стану озонового шару, від чого ми сьогодні потерпаємо. Результатом їхньої роботи стала заборона сумнозвісного газу ХФУ та його похідних в рамках Монреальського протоколу. Незважаючи на те, що промисловість запропонувала кілька нових варіацій паливних газів, їхнє використання є прикладом меншого, але все одно згубного впливу.

Зазвичай паливні гази використовуються для задоволення споживчих потреб, включаючи розпилювальні пристрої для медичного дозування антигістамінних або бактерицидних препаратів, а також у виробництві засобів для миття та лакування волосся. Використання «штучного туману» дозволяє ретельно контролювати розмір, температуру і швидкість краплинок. Хоча є й інші застосування, такі як системи вприскування палива (інжектори) автомобільних двигунів. Нещодавно використання хімічних технологій у деяких випадках замінювалося, наприклад у лаці для волосся — на розпилювач високого тиску. Цей чудовий приклад демонструє, як, рухаючись у правильному напрямку, хімічна промисловість знайшла нове рішення, але яке, на жаль, не допомогло повністю уникнути небажаних і незапланованих побічних ефектів, викликаних вдиханням хімічних речовин. (Варто зазначити, що для пацієнтів хворих на кістозний фіброз чи туберкульоз було б краще боротися з біоплівкою зі згубних бактерій за допомогою ефективного змішування з повітрям та вдиханням водоростеподібних фуранонів.)

Незважаючи на те, що якось французький філософ Вольтер сказав: «Вдосконалення не повинне нехтувати добрими намірами», настав час фундаментально розмежувати добро і «менше зло». Пошук ідеального рішення не має зупинятися на реалізації хорошого рішення, але на порядку денному мусить стояти пошук повного уникнення ризиків. Коли мовиться про рух газів, повна ліквідація ризиків стає можливою за допомогою жука-бомбардира. Він володіє такими можливостями, які можуть поліпшити постачання аерозольних дихальних лікарських засобів, підвищити ефективність автомобільного палива, знизити викиди від систем вприскуванння палива і навіть знизити ризик вибухів у шахтах.

У поживних і захисних речовин, у хижаків і жертв — у природи можна багато чого навчитись. Жук-бомбардир (лат. Brachinus Carabidae) — рідкісний біологічний вид, що пройшов процес еволюції. Ця дивовижна маленька комаха може розпилювати подразнювальну пекучу рідину температурою 100° С (212° F за Фаренгейтом) на відстань, яка в 10 разів більша від його власної довжини. Це захопило Енді Макінтоша, професора термодинаміки і теорії горіння з Університету Лідса, з яким поділився знаннями про надзвичайні властивості жуків-бомбардирів ентомолог Корнельського університету Том Ейснер.

Маючи тіло лише два сантиметри завдовжки, жук-бомбардир використовує свій екзотермічний розпилювач для захисту від мурах. Бомбардир створює свою захисну суміш у процесі реакції взаємодії гідрохінону з пероксидом водню, яка зберігається в його парних залозах, продукуючи потік пекучої рідини. «Камери згоряння» жуків діаметром один сантиметр (0,4 дюйма) працюють як скороварки. Знову-таки, справа у тиску — більше фізики, ніж хімії. Рідина в камері проходить під тиском, клапан відкривається і відбувається миттєве випаровування. Клапан закривається, камера заправляється, і рідина нагрівається вище за атмосферну точку кипіння, коли клапан камери знову відкривається. Жук робить це швидко і ефективно, розприскуючи з частотою від 400 до 500 разів у секунду. «По суті, це вибух високої сили в результаті кавітації пари», — пояснює професор Макінтош.

Вчені змоделювали цю геніальну механічну установку для розпилення, яка ідеально розподіляє речовини в повітрі при розмірі часток не більше двох нанометрів і може відтворювати дії жука з частотою 20 циклів на секунду з тією ж ефективністю викиду. Оскільки бульбашки, які виникають під час хімічної реакції гідрохінону з перекисом водню, надзвичайно малі, відношення площі поверхні до даного об’єму значно зростає і підвищує ефективність реакції.

Макінтош зазначає: «Ніхто ніколи не вивчав жука-бомбардира з точки зору фізики і техніки. Спочатку ми належно не оцінили знання, якими може поділитися з нами ця комаха». Нове відкриття вченого має на меті подолати наслідки впливу газів на озоновий шар за умов підвищення продуктивності розпилювача. Шведський підприємець Ларс Уно Ларссон був у захваті від цієї інновації і зараз він розвиває її від концепції до пілотного проекту та потенційної комерціалізації. Так інновація знайшла свого підприємця. Випробувана лише раз, вона може надихнути інших знайти нові способи її застосування.

Посилання на основну публікацію