تولید سوخت پاک برای خودروبه کمک فناوری نانو

[تووت فرنگی]

تولید سوخت پاک برای خودروبه کمک فناوری نانو

آلودگی محیط زیست، خصوصاً آلودگی هوا یکی از بزرگ ترین مشکلات پیش روی بشر در آینده خواهد بود. زندگی شهرنشینی و در کنار آن لزوم به کارگیری ابزارهای جدید و فناوری های ایجاد شده توسط انسان، خصوصاً استفاده روزافزون از وسایل نقلیه در بخش حمل و نقل، عامل اساسی در آلودگی هوا بوده است. امروزه میلیون ها نفر به خودروها به عنوان اولین ابزار در دسترس برای حمل و نقل وابسته هستند. متاسفانه، اکثر این خودروها از سوخت های فسیلی استفاده می کنند. با مصرف بنزین در موتورهای احتراق داخلی، مونواکسید کربن، اکسیدهای نیتروژن، هیدروکربن ها و دی اکسیدکربن تولید می شود. این مواد شیمیایی موجب آلودگی هوا، باران اسیدی و تجمع گازهای گلخانه ای در اتمسفر و همچنین موجب تخریب لایه ازن می گردند. در سال های گذشته، فعالیت های بسیار وسیعی در سطح بین المللی به عمل آمده است تا ضمن دستیابی به فناوری های جدید در بخش حمل و نقل، نیروی محرکه خودروها نیز به حداقل آلایندگی محیط زیستی برسند. در مورد خودروهای متداول فعلی، می توان به اصلاح ساختار موتورهای احتراق داخلی، کاهش مصرف سوخت، افزایش بازده، تنوع سوخت های مصرفی در جهت استفاده از سوخت هایی با آلایندگی کمتر اشاره کرد.

آن چنان که پیش می رود پیل های سوختی آینده محرک های خودرو را شکل می دهند. این مولدها بازدهی بالایی دارند و از هیدروژن مایع که پر انرژی ترین سوخت به ازای هر کیلوگرم است، استفاده می کند. پیل های سوختی، باتری ها و سلول های خورشیدی مولدهای برق بدون آلایندگی هستند. در این مولدهای برق به جای دود از اگزوز خودرو آب گرم بیرون می آید. مهم ترین مسئله در انتخاب پیل های سوختی ظرفیت تولید انرژی بیشتر، ایمنی و سلامت بیشتر، سوخت های متنوع و خط مشی موفق تر در جهت از بین بردن گازهای گلخانه ای می باشند. هیدروژن به عنوان سوخت سالم یکی از منابع انرژی با بازدهی عالی و مقرون به صرفه می باشد. ابزاری مناسب و ایمن جهت ذخیره هیدروژن می تواند کاربرد این سوخت تمیز و پاک را افزایش دهد.درواقع ارزش سوختی بالا وفقدان آلاینده های زیست محیطی ،هیدروژن را به سوختی جذاب تبدیل کرده است. لذا روش های جدیدتولید هیدروژن پاک درحال گسترش هستند.نانو کاتالیست ها در انواع فرایندهای تولید هیدروژن یک عنصرکلیدی می باشند.با کمک ویژگی های نانومتری کاتالیست ها ،می توان میزان فعالیت ،قابلیت انتخاب وعمرکاتالیست ها را کنترل کرد.استفاده از نانو کاتالیست ها پتانسیل خوبی برای کاهش هزینه ها در بر دارد.همچنین نانوذرات ،سایت های کاتالیستی درسیستم ذخیره سازی هیدریدراافزایش می دهدوسرعت جذب ودفع ودما وفشار ذخیره سازی هیدروژن را بهبود می بخشد.

هیدروژن به عنوان سوخت سالم یکی از منابع انرژی با بازدهی عالی و مقرون به صرفه می باشد. ابزاری مناسب و ایمن جهت ذخیره هیدروژن می تواند کاربرد این سوخت تمیز و پاک را افزایش دهد.درواقع ارزش سوختی بالا وفقدان آلاینده های زیست محیطی ،هیدروژن را به سوختی جذاب تبدیل کرده است

استفاده از نانوذرات در لاستیک ها

چنانچه بخواهیم لاستیک ها را مورد مطالعه قرار دهیم خواهیم دید که انواع و اقسام لاستیک ها در کاربردهای مختلف استفاده می شود و هر کدام خصوصیات مربوط به خود را دارد. لاستیک دوچرخه، تراکتور، کامیون، خودروهای سواری، موتورها و... همه در خصوصیات با هم متفاوتند. اما در یک بررسی کلی می توان اجزای لاستیک را مورد بررسی قرار داد. لاستیک از آج، شیارها، برجستگی های میانی، شیارهای مقابل هم و سوراخ های کوچک و همچنین نگه دارنده داخلی تشکیل شده است.
حضور نانوذرات باعث افزایش مقاومت سایشی، افزایش استحکام (بهبود خاصیت مکانیکی)، افزایش حد پارگی و حد شکستگی و زیبایی ظاهری لاستیک می شوند. همچنین همواری، صافی و ظرافت شکل ظاهری تایر را سبب می شوند. همه این عوامل موجب ایجاد محصولی مرغوب، با کیفیت عالی، زیبا و بازارپسند که توانایی رقابت در بازارهای جهانی را داشته باشد، می شود. صنعت لاستیك‌سازی با تأثیرپذیری از فناوری نانو، بازدهی و كیفیت فراوانی خواهد داشت. براساس تحقیقات به عمل آمده چندین ماده نانومتری در صنایع لاستیک سازی کاربرد فراوانی یافته اند که از این جمله می توان به نانوذرات اکسید روی، نانوذرات کربنات کلسیم، نانوذرات الماس ، نانورس و فولرین ها اشاره نمود.

حضور نانوذرات باعث افزایش مقاومت سایشی، افزایش استحکام (بهبود خاصیت مکانیکی)، افزایش حد پارگی و حد شکستگی و زیبایی ظاهری لاستیک می شوند. همچنین همواری، صافی و ظرافت شکل ظاهری تایر را سبب می شوند. همه این عوامل موجب ایجاد محصولی مرغوب، با کیفیت عالی، زیبا و بازارپسند که توانایی رقابت در بازارهای جهانی را داشته باشد،می شود

با افزودن این مواد به تركیبات لاستیك، به دلیل پیوندهایی كه در مقیاس اتمی بین آنها و تركیبات لاستیك انجام می‌شود، خواص فیزیكی آنها بهبود می‌یابد. همچنین، می‌توان به افزایش مقاومت سایشی، افزایش استحكام، بهبود خاصیت مكانیكی، افزایش حد پارگی و افزایش حد شكستگی اشاره كرد. زیبایی ظاهری لاستیك نیز از این پدیده تاثیر می‌پذیرد و باعث لطافت، همواری، صافی و ظرافت شكل ظاهری لاستیك می‌شود.
کاربرد نانوذرات اکسید روی

نانوذرات اکسید روی ذراتی غیرآلی و فعال هستند. کوچکی کریستال ها و خاصیت غیرچسبندگی آن ها باعث شده که نانوذرات اکسیدروی به صورت پودر زردرنگ کروی و متخلخل باشند. استفاده از این نانوذرات در لاستیک باعث زیبایی و ظرفیت‌بخشی، صافی و همواری شكل ظاهری ، افزایش استحكام مكانیكی لاستیک، افزایش مقاومت سایشی (خاصیت ضداصطكاك و سایش)،پایداری دمایی بالا ، طول عمر زیاد ، افزایش حد پارگی تركیبات لاستیك ،كاهش هزینه‌هاو بازدهی بالا می شود. تمامی این موارد به صورت تجربی ثابت شده‌اند. بهبود خواص فیزیکی لاستیک در اثر اضافه شدن نانوذرات اکسیدروی، ناشی از پیوند ساختار نانوذرات اکسیدروی با مولکول لاستیک است که در مقیاس اتمی صورت می گیرد.اثرات سطحی و فعالیت‌ بالای نانوذرات اکسید روی ناشی از اندازه بسیار كوچك، سطح موثر بسیار زیاد و كشندگی خوب آن است.
کاربرد نانو الماس

نانوالماس نیز در کامپوزیت ها، لاستیک ها، مواد ضد اصطلاک و روان کننده ها به کار می رود. نانو الماس دارای خواص برجسته ای است که ساختار کریستالی(بلوری)، شکل کاملا کروی، سطح شیمیایی كاملاً ناپایدار ، ساختمان شیمیایی بسیار محكمو فعالیت جذب سطحی بسیار بالا از جمله این خواص هستند. نانوالماس با درصدهای ترکیب مختلف به انواع لاستیک ها اضافه می شود. از این لاستیک در صنعت خودرو و لوله های انتقال آب نیزاستفاده می گردد. با اضافه کردن ساختارهای نانوالماس به لاستیک ها خواص آنها به شكلی قابل توجه بهبود می‌یابد.
موارد ذیل نمونه‌ای از این بهبودها هستند:
*خاصیت انعطاف پذیری لاستیک 4 الی 5 برابر می شود
* استحکام 2 الی 5/2 برابر افزایش می یابد.
* افزایش حد شكستگی تا حدود 620 تا 700 كیلوگرم بر سانتی‌متر مربع
*3 برابر شدن قدرت بریده شدن لاستیك
*افزایش خاصیت ضد پارگی لاستیك در دمای بالا و پایین
کاربردنانورس

نانورس نیز کاربردهای تجاری نیز کاربردهای تجاری گسترده ای در صنعت لاستیک پیدا کرده است و اکنون شرکت های بزرگ لاستیک سازی به طور گسترده ای از آن در محصولات خود استفاده می کنند. با افزودن این ذرات به لاستیك، خواص آن به طور قابل ملاحظه‌ای بهبود می‌یابد كه به عنوان نمونه می‌توان به موارد زیر اشاره كرد:
- افزایش مقاومت لاستیك در برابر سایش
- افزایش استحكام مكانیكی
- افزایش مقاومت گرمایی
- كاهش قابلیت اشتعال
- پایداری ابعادی در برابر گرما

با اضافه كردن این مواد به تركیبات لاستیك، به دلیل پیوندهایی كه در مقیاس اتمی بین این مواد و تركیبات لاستیك صورت می‌ گیرد، علاوه بر بهبود خواص فیزیكی آنها، می‌توان به افزایش مقاومت سایش، افزایش استحكام، بهبود خاصیت مكانیكی، افزایش حد پارگی و حد شكستگی اشاره كرد. این مواد بر زیبایی ظاهری لاستیك نیز تاثیر گذاشته و باعث لطافت، همواری، صافی و ظرافت شكل ظاهری لاستیك می‌شوند.
كاربرد نانوذرات کربنات کلسیم

استفاده از نانوذرات كربنات كلسیم در صنایع لاستیك باعث بهبود كیفیت و خواص تركیبات لاستیك می‌شود. از جمله مزایای استفاده از نانوذرات كربنات كلسیم می‌توان به توانایی تولید در مقیاس زیاد، افزایش استحكام لاستیك، بهبود بخشیدن خواص مكانیكی (افزایش استحكام مكانیكی) و انعطاف‌پذیر شدن تركیبات لاستیك اشاره كرد. نانودرات كربنات كلسیم علاوه بر بهبود خواص فیزیكی تركیبات لاستیك، در شكل ظاهری آن نیز تاثیر می‌گذارد و به آن زیبایی و ظرافت می‌بخشد. این امر در مرغوبیت كالا و بازار پسند بودن آن تاثیری بسزا دارد.
نانوذرات كربنات كلسیم برای كسب مزایای ذكر شده به لاستیك‌های طبیعی و مصنوعی نظیر: NR، SBR، BR، EPDM SBS اضافه می‌شود. نتایج نشان می‌دهند كه استحكام لاستیك، افزایش می‌یابد. استحكام بخشی نانوذرات كربنات كلسیم، بر اثر پیچیدگی فیزیكی ناشسی از پیوستگی در پلیمرهای آن و واكنش‌های شیمیایی ناشی از سطح تعمیم یافته آن است.
کاربرد دوده

دوده نیز یکی از مهم ترین پرکننده ها در لاستیک سازی محسوب می شود. این ماده به عنوان یک تقویت کننده به لاستیک ها اضافه می شود. اندازه این ذرات در مقاومت در برابر سایش و خوردگی موثر است. افزودن نانوذرات کربنی به لاستیک به علت افزایش انرژی کشتی سطحی بالای نانوذرات، باعث چسبیدن ذرات به هم می شود که نتیجه آن افزایش مقاومت سایشی و طول عمر بیشتر لاستیک است.


تبیان