מבקטריות לייצור דלק טילים ועד ננו-חלקיקים לציפוי מנועי מטוסים, טכנולוגיות בקנה מידה קטנטן מביאות את הפיתוחים הגדולים של השנים הקרובות
מדענים מאוניברסיטת ווסט בשוודיה פיתחו חומר לציפוי מנועי מטוסים שמכיל תערובת של ננו-חלקיקים קראמיים וננו-חלקיקי פלסטיק. הפיתוח החדש יאפשר למנועים לעבוד בטמפרטורות גבוהות במיוחד ולאורך פרק זמן ארוך ב-300 אחוזים מאורך החיים של אותם מנועים כיום.
התערובת הייחודית מעורבבת בתרחיף נוזלי, ומחוממת לטמפרטורה בגובה של 7000-8000 מעלות צלזיוס שבה הננו-חלקיקים הקראמיים מותכים. בשלב זה, התערובת מרוססת על גבי חלקי המנוע בתהליך הידוע כ-"ריסוס פלזמה".
כאשר התהליך מסתיים, החומר מתייצב על גבי המתכת בשכבה בעובי של כחצי מילימטר המורכבת מ-"יער" של עמודים קטנטנים הניצבים למשטח.
| תהליך הציפוי מגן על מנועים מנזקים של טמפרטורות גבוהות במיוחד |
החומרים בהם נעשה שימוש כיום מורכבים משכבות המונחות אחת על השניה, ומודבקות על פני המתכת. שיטה זה מביאה להיווצרות סדקים, היות והמתכת מתרחבת ומתכווצת בהתאם לטמפרטורה, וציפויים אלה אינם גמישים מספיק כדי להתאים את עצמם.
ננו-חלקיקים בשירות מנועי מטוסים
הציפוי החדש, לעומת זאת, מאפשר התרחבות והתכווצות יחד עם המתכת בגלל מבנהו הייחודי (חלקיקי הפלסטיק יוצרים מרווחים המאפשרים גמישות לציפוי הקראמי). כמו כן, ניתן לרסס את החומר החדשני גם על משטחים שאינם חלקים ועדיין לשמור על כיסוי אחיד והגנה מלאה.
במבחני הלם טרמי (Thermal Shock), המדמים את המעברים החדים בין טמפרטורות, נמצא כי הציפוי החזיק מעמד פי שלוש מאשר החומרים בהם נעשה שימוש עד היום. הדבר יוביל לדור חדש של מנועים שיזדקק לפחות טיפולים ואחזקה, ויהיה בטוח יותר לאורך זמן.
הדובדבן שעל הקצפת: הציפוי המדובר צפוי לעלות פחות מאשר הציפויים בהם נעשה שימוש היום. המוצר צפוי להגיע לשימוש מסחרי במנועי מטוסים וטורבינות גז במהלך השנתיים הקרובות.
בקטריה תאפשר לייצר דלק ביו זול
תעשיית התעופה והחלל משתמשת בדלק רקטות הידרו-פחמני עבור טילים וכלי תעופה חלליים, המופק מנפט, בדומה לבנזין ודלקים נפוצים אחרים. תפוקתו מוגבלת, והמחירים גבוהים בהתאם – קרוב לשבעה דולרים לליטר.
כעת, ייתכן וניתן יהיה לייצר דלק ביו רקטי המבוסס על צמחים ולא על נפט – תודות לבקטריה מהונדסת שפותחה במכון הטכנולוגי של מדינת ג'ורג'יה שבארצות הברית, בשיתוף פעולה עם משרד האנרגיה האמריקני.
במהלך המחקר, החדירו החוקרים אנזימים לסוג של בקטריית E.Coli (בקטריה נפוצה ביותר) שהגיבה בייצור חומר הנקרא פינין, שהוא תרכובת של פחמן ומימן הדומה לאיזופרין (רכיב מרכזי של שרף אורנים ופרקורסור החיוני לייצור דלק ביו ומציע דחיסות אנרגטית הדומה לזו של JP-10). לאחר מכן, חוברו שתי מולקולות פינין בעזרת זרוז כימי, והדלק המיוחל נוצר.
| "את רואה? ככה אני מערבב את הבקטריה" |
"השגנו פרקורסור בר-קיימא עבור דלק טקטי עם דחיסות אנרגטית גבוהה", מספרת פאמלה פרלטה-יאחיה, פרופסורית בבית הספר לכימיה, ביוכימיה, והנדסה ביו-מולקולרית במכון הטכנולוגי של ג'ורג'יה. "אנו מתרכזים כעת בייצור דלק 'מוכן לשימוש' שייראה כאילו הוא נוצר מנפט ויתאים למערכות הפצה קיימות" הוסיפה.
מכשולים מסוימים עדיין עומדים בדרך – אחד מאלה הוא העובדה שהפעולה של האנזימים על הבקטריה נעצרת ברגע שתפוקת הפינין מגיעה לריכוז מסוים בתוך תמיסת הגלוקוזה המכילה אותה.
"אנו נצטרך אנזים שלא יוגבל על ידי ריכוזים גבוהים, או דרך לשמור על הריכוזים נמוכים לאורך כל פעולת הייצור", ממשיכה פרלטה-יאחיה. "שתי האפשרויות קשות, אך אינן בלתי אפשריות להשגה. אם היינו מנסים לייצר חלופה לבנזין, היינו מתחרים במחיר מטרה של דולר אחד לליטר והיינו נדרשים לתהליך אופטימיזציה ממושך. אך התהליך שלנו יהפוך לתחרותי – וזה יקרה מהר."
| פאמלה פרלטה-יאחיה ומבחנות המכילות את הבקטריה המהונדסת |
השיפורים הנדרשים לתהליך צריכים להיות בסדר גודל של פי 26 מיכולת הייצור הנוכחית, אך כפי שנאמר, ההשקעה הנדרשת שווה את הזמן והמאמץ היות ודלקי רקטות מבוקשים על ידי ממשלות, צבאות וארגונים אחרים. החוקרים הוסיפו כי דלק ביו שכזה עשוי אף להוביל לדור חדש של מנועים רקטיים בעלי עוצמה גדולה יותר.
