قبل البدء في رحلة عبر القارات، تُملأ الطائرات النفاثة بعشرات الآلاف من غالون الوقود. في حال وقوع حادث؛ هذه الكميات الكبيرة من الوقود تزيد من شدة الانفجار عند الاصطدام.
اكتشف الباحثون في معهد (كاليفورنيا للتكنولوجيا)، ومختبر (الدفع النفاث) أن إضافة البوليمر للوقود يمكن أن يُقلل من شدة الانفجارات التى تحدث أثناء الحوادث، والأعمال الإرهابية. وعلاوة على ذلك؛ تشير النتائج الأولية إلى أن إضافة البوليمر يمكن أن توفر هذه الميزة دون أن يؤثر ذلك سلبًا على أداء الوقود.
تم نشر العمل في مجلة (ساينس) العلمية.
الجمع بين ضغط الهواء في المحركات النفاثة مع الرذاذ الدقيق من وقود الطائرات؛ يتسبب في اشتعال خليط الهواء والوقود بسبب الشرارة الكهربائية في انفجار محكوم مما يؤدي إلى توجيه الطائرة للأمام.
تعمل الطائرات النفاثة بالطاقة المكتسبة من هذه الانفجارات الصغيرة.
وعلى الرغم من ذلك فإن العملية التي توزع رذاذ الوقود للاشتعال المعروفة باسم (التغشية) أيضًا تُسبب تفرقة للوقود بسرعة، وفي حال إذا اشتعلت فيها النيران.
المادة المضافة التي أنُشئت في مختبر (جوليا كورن فيلد- Julia Kornfield) أستاذة الهندسة الكيميائية في معهد (كاليفورنيا للتكنولوجيا) هو: نوع من البوليمر طويل الجزئ تكرار للعناصر المميزة كـ وتوج في نهاية كل وحدة قبل أن تتصرف مثل (الفليكرو).
*الفليكرو: اسم العلامة التجارية لمشبك من نوع الخطاف، والحلزون، وهو المثبت الصناعي الشهير الذي يستخدم بكثرة في حياتنا اليومية، حيث يدخل في صناعة الملابس والأحذية والحقائب وغيرها الكثير.
*البوليمرات الفردية ترتبط بشكل عفوي في سلاسل فائقة الكبر تسمى: (megasupramolecules)
تقول (كورن فيلد): «أن لديها مزيج غير مسبوق من الخصائص التي تسمح لهم بالتحكم في تغشية الوقود وتحسين تدفق الوقود عبر الأنابيب والحد من تشكيل السخام».
*السخام : جسيمات الكربون التي تتكون من نواتج الاحتراق غير الكامل للهيدروكربونات.
(Megasupramolecules) تمنع التغشية في ظل ظروف الحادث والسماح بالتغشية خلال حقن الوقود في المحرك.
وقد أظهرت البوليمرات الأخرى هذه الفوائد، ولكن لديها أوجه القصور التي تحد من فائدتها.
على سبيل المثال، البوليمرات فائقة الكبر تميل إلى كسر لا رجعة فيه عندما تمر في المضخات، خطوط الأنابيب، والمرشحات؛ ونتيجة لذلك، فإنها تفقد خواصها المفيدة، هذه ليست مشكلة مع (megasupramolecules)، على الرغم من أن (supramolecule) تُفصَل أيضًا إلى أجزاء أصغر؛ لأنها تمر من خلال مضخة، تعتبر هذه العملية عكسية.
وحدات (الفيلكرو) تشبه في نهاياتها السلاسل الفردية التي تستطيع إعادة الاتصال ببساطة عندما تجتمع بشكل فعال في (megasupramolecules).
عندما تُضاف (megasupramolecules) إلى الوقود، تؤثر بشكل كبير على سلوك التدفق حتى عندما يكون تركيز البوليمر منخفض جدًا يؤثر على الخصائص الأخرى من السائل.
على سبيل المثال: المادة المضافة لا تُغير محتوى الطاقة، التوتر السطحي، أو كثافة الوقود، وبالإضافة إلى ذلك، فإن قوة وكفاءة المحركات التي تستخدم الوقود مع المادة المضافة لا تتغير؛على الأقل في محركات الديزل التي تم اختبارها حتى الآن.
عندما يحدث تأثير، يتم فصل (supramolecules) في العمل، و(supramolecules) يقضون معظم وقتهم في التشكل المضغوط عندما يكون هناك استطالة مفاجئة من السائل، ومع ذلك، فإن جزيئات البوليمر تمتد وتقاوم المزيد من الاستطالة تسمح لهم هذه الاستطالة بمنع تفكك القطرات تحت أي ظروف، وبالتالي؛ يتم تقليص تأثير حجم الانفجارات، وكذلك الحد من الاضطرابات فى خطوط الانانيب.
لقد ولدت فكرة (megasupramolecules) من البوليمرات فائقة الكبر، ويقول عالم الأبحاث والمؤلف المشارك (مينغ هسين جيريمي ويىWEI – Jeremy): «في أواخر 1970، وأوائل 1980، كان علماء البوليمرات متحمسين جدًا حول إضافة البوليمرات فائقة الكبر على الوقود من أجل؛ جعل انفجار الطائرات أقل كثافة.»
تم اختبار هذه الفكرة في اختبارات التصادم واسعة النطاق على طائرة فى عام 1984، وقد اجتازت الطائرة لفترة وجيزة كُرة من اللهب، وتوليد العناوين السلبية وتسبب البوليمرات فائقة الكبر في الانخفاض بسرعة ، يقول (وي).
في عام 2002، سعى (فيرندرا ساروهى) في مختبر الدفع النفاث لإحياء البحوث في مجال التحكم في الضباب؛ أملاً في منع هجوم آخر مثل هجوم الحادي عشر من سبتمبر، وأضاف أنه مد يده لي وأقنعني لتصميم البوليمر الجديد للسيطرة على الضباب الناتج عن وقود الطائرات على لسان (كورن فيلد) المؤلفة المسئولة عن هذا البحث.
جاءت الانطلاقة الأولى في عام 2006 مع التنبؤ النظري لـ(megasupramolecules) التي كتبها (Ameri David)، ثم طالب دراسات عليا في مختبر لها صمم سلاسل فردية تكون صغيرة بما يكفي للقضاء على المشاكل السابقة، وأنها ترتبط بشكل حيوي معًا في (megasupramolecules)، حتى بتركيزات منخفضة، وأشار إلى أن هذه التجمعات قد توفر فوائد البوليمرات فائقة الكبر، مع ميزة جديدة أنها يمكن أن تمر من خلال المضخات، والفلاتر دون أن تصاب بأذى.
عندما انضم (وي) إلى المشروع في عام 2007، وهو المبين لإنشاء هذه الجزيئات النظرية، إنتاج بوليمرات من الطول المطلوب مع (الفيلكرو الجزيئي) القوي بما فيه الكفاية على النهايات ثبت أنه تحدي، بمساعدة عامل حفاز الذى وضعه (روبرت جرابز، وفيكتور) و(إليزابيث أتكينز) أستاذ الكيمياء والحائز على جائزة نوبل في الكيمياء لعام 2005، وضع (وي) طريقة للسيطرة على وجه التحديد بنية (الفيلكرو الجزيئي)، ووضعها في المكان المناسب على سلاسل البوليمر.
كان التكامل بين العلمين والهندسة مفتاح النجاح.
(سيمون جونز) وهو: كيميائي صناعي الآن في (مختبر الدفع النفاث)، ساعد (وي) في تطوير أساليب عملية لإنتاج سلاسل أطول، وأطول مع نهاية مجموعات (الفيلكرو الشبيهة).
المؤلف الأول المساعد، وطالب الدراسات العليا (بوي لي) ساعد (وي) في اكتشاف الفيزياء وراء السلوك المثير من هذه البوليمرات الجديدة.
(جويل سيكميتجال – Joel Schmitigall) هو: عالم في مركز بحوث التنمية، والهندسة لخزانات السيارات للجيش الأمريكي في (وردن ميتشيغان) أجرَى الاختبارات الأساسية التي وضعت البوليمر على الطريق نحو الموافقة كمادة مضافة وقود جديدة.
«وبالنظر إلى المستقبل، إذا كنت ترغب في استخدام هذه المادة المضافة في آلاف الجالونات من وقود الطائرات، الديزل، أو النفط، فأنت في حاجة إلى عملية لتنتج كميات كبيرة من ذلك»، يقول (وى)، وأضاف «هذا هو السبب، فهدفي هو تطوير مفاعل من شأنه أن ينتج البوليمر بإستمرار، وأخطط لتحقيق ذلك في أقل من عام من الآن».
وفوق كل شيء تقول (كورن فيلد) «نحن نأمل أن تكون هذه البوليمرات الجديدة إنقاذ الأرواح، والحد من الحروق التي تنجم عن حرائق الوقود».
____
المصادر:
___
اعداد وتصميم: Rokaya Samir
مراجعة :Esraa Adel
مراجعة لغوية :Sara Hassan
#الباحثون المصريون
