Новое стекло может сократить углеродный след почти наполовину

Новое стекло может сократить углеродный след почти наполовину и в 10 раз более устойчиво к повреждениям.

Производство стекла во всем мире производит не менее 86 миллионов тонн углекислого газа в год. Новый тип стекла обещает вдвое сократить этот углеродный след. Изобретение, названное LionGlass и разработанное исследователями из Penn State, требует значительно меньше энергии для производства и гораздо более устойчиво к повреждениям, чем стандартное известково-натриевое силикатное стекло. Исследовательская группа недавно подала заявку на патент в качестве первого шага к выводу продукта на рынок.

«Наша цель — сделать производство стекла устойчивым в долгосрочной перспективе», — сказал Джон Мауро, профессор Дороти Пейт Энрайт в области материаловедения и инженерии в Пенсильванском университете и ведущий исследователь проекта. «LionGlass исключает использование шихтовых материалов, содержащих углерод, и значительно снижает температуру плавления стекла».

Известково-натриевое силикатное стекло, обычное стекло, используемое в предметах повседневного обихода, от окон до стеклянной посуды, изготавливается путем плавления трех основных материалов: кварцевого песка, кальцинированной соды и известняка. Кальцинированная сода — это карбонат натрия , а известняк — это карбонат кальция, оба из которых выделяют углекислый газ (CO 2 ), удерживающий тепло парниковый газ, при плавлении.

«Во время плавки стекла карбонаты разлагаются на оксиды и выделяют углекислый газ, который выбрасывается в атмосферу», — сказал Мауро.

Но основная часть выбросов CO 2 приходится на энергию, необходимую для нагрева печей до высоких температур, необходимых для плавления стекла. По словам Мауро, с LionGlass температура плавления снижается примерно на 300–400 градусов Цельсия, что приводит к снижению потребления энергии примерно на 30% по сравнению с обычным натриево-известковым стеклом.

LionGlass не только менее вреден для окружающей среды, но и намного прочнее обычного стекла. Исследователи сказали, что они были удивлены, обнаружив, что новое стекло, названное в честь талисмана штата Пенсильвания Ниттани Лайон, обладает значительно более высокой устойчивостью к растрескиванию по сравнению с обычным стеклом.

Некоторые из стеклянных композиций команды обладали такой высокой устойчивостью к растрескиванию, что стекло не трескалось даже при нагрузке в один килограмм от алмазного индентора Виккерса. LionGlass как минимум в 10 раз более устойчив к растрескиванию по сравнению со стандартным известково-натриевым стеклом, которое образует трещины под нагрузкой около 0,1 кг силы. Исследователи пояснили, что пределы LionGlass еще не найдены, потому что они достигли максимальной нагрузки, допускаемой оборудованием для вдавливания.

«Мы продолжали увеличивать вес LionGlass, пока не достигли максимальной нагрузки, которую позволяет оборудование», — сказал Ник Кларк, научный сотрудник лаборатории Мауро. «Он просто не треснет».

Мауро объяснил, что устойчивость к растрескиванию — одно из самых важных качеств, которые необходимо проверить в стекле, потому что это то, как материал в конечном итоге выходит из строя. Со временем на поверхности стекла появляются микротрещины, которые становятся слабыми местами . Когда кусок стекла разбивается, это происходит из-за слабых мест, вызванных существующими микротрещинами. Он добавил, что стекло, в первую очередь устойчивое к образованию микротрещин, особенно ценно.

«Устойчивость к повреждениям — особенно важное свойство стекла, — сказал Мауро. «Подумайте обо всех случаях, когда мы полагаемся на прочность стекла в автомобильной и электронной промышленности, архитектуре и коммуникационных технологиях, таких как оптоволоконные кабели. Даже в здравоохранении вакцины хранятся в прочной, химически стойкой стеклянной упаковке».

Мауро надеется, что повышенная прочность LionGlass означает, что изделия, созданные из него, могут быть легче. Поскольку LionGlass в 10 раз более устойчив к повреждениям, чем нынешнее стекло, оно может быть значительно тоньше.

«Мы должны быть в состоянии уменьшить толщину и при этом получить тот же уровень сопротивления повреждениям», — сказал Мауро. «Если у нас есть более легкий продукт, это даже лучше для окружающей среды, потому что мы используем меньше сырья и меньше энергии для его производства. выигрышная ситуация для всех».

Мауро отмечает, что исследовательская группа все еще оценивает потенциал LionGlass. Они подали патентную заявку на все семейство стекол, а это означает, что в семействе LionGlass существует множество композиций, каждая из которых имеет свои отличительные свойства и потенциальные области применения. Сейчас они находятся в процессе воздействия различных составов LionGlass на множество химических сред, чтобы изучить, как они реагируют. Результаты помогут команде лучше понять, как можно использовать LionGlass во всем мире.

«Люди научились производить стекло более 5000 лет назад, и с тех пор это имеет решающее значение для того, чтобы привести современную цивилизацию туда, где она находится сегодня», — сказал Мауро. «Сейчас мы находимся в моменте, когда нам это нужно, чтобы помочь сформировать будущее, поскольку мы сталкиваемся с такими глобальными проблемами, как проблемы окружающей среды, возобновляемые источники энергии, энергоэффективность, здравоохранение и городское развитие. Стекло может играть жизненно важную роль в решении эти вопросы, и мы готовы внести свой вклад».

Источник: Hi-Tech Новости