Jak naukowcy przeprojektowują powierzchnie, aby przeciwdziałać niebezpiecznemu obladzaniu
Zjawisko to stanowi poważny problem dla bezpieczeństwa w transporcie, energetyce i infrastrukturze. Gromadzenie się lodu może uszkadzać samoloty, wpływać na wydajność turbin wiatrowych oraz zagrażać systemom drogowym i kolejowym. Co więcej, wiele obecnych technologii przeciwoblodzeniowych i służących do odladzania opiera się na energochłonnych systemach grzewczych lub chemikaliach, które mogą być szkodliwe dla środowiska. Finansowany ze środków UE projekt SURFICE(odnośnik otworzy się w nowym oknie) postawił sobie za cel opracowanie inteligentniejszych, bezpieczniejszych i bardziej zrównoważonych alternatyw. Skupiając się na inżynierii powierzchni i materiałoznawstwie, zespół badał, w jaki sposób drobne zmiany fizyczne lub chemiczne na powierzchniach mogą zapobiegać tworzeniu się lub przywieraniu lodu.
Przełom w ochronie przed oblodzeniem
Jednym z kluczowych przełomów projektu SURFICE było nowatorskie podejście zwane „lodofobowością wzmocnioną nieciągłością”. Według koordynatora projektu, Carlo Antoniniego z Uniwersytetu Milano-Bicocca, „nieciągłości stanowią słaby punkt między lodem a powierzchnią, co umożliwia łatwiejsze oderwanie lodu”. Przy wsparciu programu działania „Maria Skłodowska-Curie”(odnośnik otworzy się w nowym oknie) naukowcy zbadali, w jaki sposób nanoskalowe lub submilimetrowe zmiany w elastyczności powierzchni lub składzie chemicznym mogą zakłócić połączenie między lodem a powierzchnią. Na podstawie tych zasad opracowano nowe powłoki i metody obróbki powierzchni, które zmniejszają przyczepność bez konieczności stosowania ciepła czy chemikaliów. W jednym z obiecujących badań wykazano, że powłoka o niskiej przyczepności wykonana przy użyciu inicjowanego chemicznego osadzania z fazy gazowej(odnośnik otworzy się w nowym oknie) zmniejsza obladzanie. Powłoka ta sprawdzała się szczególnie dobrze w połączeniu z systemem elektromechanicznym, który zużywa bardzo mało energii.
Testowanie materiałów przeciwoblodzeniowych w ekstremalnych warunkach pogodowych
Wiele materiałów dobrze sprawdza się w laboratoriach, ale zawodzi w trudnych warunkach. Projekt SURFICE zajął się tą kwestią wcześnie, nadając priorytet trwałości. „Ważne jest, aby projektować materiały i procesy, od samego początku myśląc o trwałości jako wymogu” — mówi Antonini. Jeden z badaczy na wczesnym etapie projektu opracował kompletny protokół testowy, aby ocenić, jak dobrze powłoki wytrzymują zmiany temperatury, wilgotność i zużycie mechaniczne. Powłoki zostały również ocenione pod kątem bezpieczeństwa dla środowiska. Chociaż substancje perfluorowane (PFAS) nadal oferują wysoką skuteczność, zespół zbadał bezpieczniejsze alternatywy, takie jak materiały na bazie silikonu, aby zachować zgodność z unijnymi przepisami REACH i zmniejszyć ryzyko dla środowiska.
Technologie przeciwoblodzeniowe dla samolotów elektrycznych i dronów
Nowe elektryczne samoloty i drony mają ograniczone zasoby energii na pokładzie, co sprawia, że tradycyjne systemy odladzania są niepraktyczne. W tym względzie z pomocą przychodzą pasywne powłoki SURFICE. „Technologia oparta na powłokach, zaproponowana przez projekt SURFICE, jest idealnie pasywna” — mówi Antonini. „Patrząc na to bardziej realistycznie, może to pomóc w zmniejszeniu ilości energii potrzebnej do zapobiegania oblodzeniu lub do usuwania lodu, co jest szczególnie ważne w przypadku małych samolotów i systemów nowej generacji”. Mogłoby to pomóc w zmniejszeniu wpływu lotnictwa na klimat, jednocześnie zwiększając odporność i niezawodność nowych systemów mobilności w niskich temperaturach.
Rozwijanie talentów badawczych na rzecz zrównoważonych rozwiązań przeciwoblodzeniowych
Kamieniem węgielnym projekt SURFICE był program szkoleniowy. Trzynastu badaczy na początku kariery miało okazję wziąć udział w interdyscyplinarnych projektach, które obejmowały materiałoznawstwo, fizykę i inżynierię. Kluczowy punkt zwrotny nastąpił w trzecim roku projektu, kiedy młodzi naukowcy zaczęli inicjować współpracę wykraczającą poza swoje indywidualne zadania. „Zaczęli pomagać sobie nawzajem w realizacji projektów wykraczających poza to, co zostało początkowo zaproponowane przez promotorów podczas przygotowywania wniosku” — wspomina Antonini. Ten duch pracy zespołowej przyspieszył przełomowe odkrycia i położył podwaliny pod przyszłe badania.
