نوع جديد من الزجاج يخفض البصمة الكربونية 50%.. ضد الكسر وأكثر مقاومة للتلف 10 مرات
جعل تصنيع الزجاج مستدامًا على المدى الطويل حيث يلعب الزجاج دورا في القضايا البيئية والطاقة المتجددة وكفاءة الطاقة والرعاية الصحية والتنمية الحضرية
في جميع أنحاء العالم ، ينتج تصنيع الزجاج ما لا يقل عن 86 مليون طن من ثاني أكسيد الكربون كل عام.
نوع جديد من الزجاج يعد بخفض هذه البصمة الكربونية إلى النصف. الاختراع ، المسمى LionGlass والذي صممه باحثون في ولاية بنسلفانيا ، يتطلب طاقة أقل بكثير لإنتاجه وهو أكثر مقاومة للتلف من زجاج سيليكات جير الصودا القياسي.
قدم فريق البحث مؤخرًا طلب براءة اختراع كخطوة أولى نحو طرح المنتج في السوق.
قال جون ماورو ، أستاذ علوم وهندسة المواد في جامعة ولاية بنسلفانيا والباحث الرئيسي في المشروع ، جون ماورو ، “هدفنا هو جعل تصنيع الزجاج مستدامًا على المدى الطويل”، “يحد LionGlass من استخدام مواد الدُفعات المحتوية على الكربون ويخفض بدرجة كبيرة درجة حرارة انصهار الزجاج.”
زجاج سيليكات جير الصودا ، الزجاج الشائع المستخدم في الأغراض اليومية من النوافذ إلى أدوات المائدة الزجاجية ، مصنوع من خلال صهر ثلاث مواد أساسية: رمل الكوارتز ورماد الصودا والحجر الجيري. رماد الصودا عبارة عن كربونات الصوديوم والحجر الجيري عبارة عن كربونات الكالسيوم ، وكلاهما يطلق ثاني أكسيد الكربون (CO 2 ) ، وهو غاز دفيئة يحبس الحرارة أثناء ذوبانهما.
قال ماورو: “أثناء عملية صهر الزجاج ، تتحلل الكربونات إلى أكاسيد وتنتج ثاني أكسيد الكربون ، الذي يتم إطلاقه في الغلاف الجوي”.
خفض 30٪ تقريبًا في استهلاك الطاقة
لكن الجزء الأكبر من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون يأتي من الطاقة اللازمة لتسخين الأفران إلى درجات الحرارة العالية اللازمة لصهر الزجاج.
وأوضح ماورو أنه مع LionGlass ، يتم خفض درجات حرارة الانصهار بحوالي 300 إلى 400 درجة مئوية ، مما يؤدي إلى انخفاض بنسبة 30٪ تقريبًا في استهلاك الطاقة مقارنة بزجاج جير الصودا التقليدي.
لا يعتبر LionGlass أسهل في البيئة فحسب ، بل إنه أقوى أيضًا من الزجاج التقليدي. قال الباحثون إنهم فوجئوا عندما اكتشفوا أن الزجاج الجديد ، الذي سمي على اسم تعويذة Nittany Lion في ولاية بنسلفانيا ، يتمتع بمقاومة أعلى للتشقق مقارنة بالزجاج التقليدي.
تتمتع بعض تركيبات الفريق الزجاجية بمقاومة قوية للتصدع بحيث لا يتصدع الزجاج ، حتى تحت حمولة قوة كيلوغرام واحد من ماسورة فيكرز للماس. يعتبر LionGlass مقاومًا للتشقق بعشر مرات على الأقل مقارنة بزجاج الجير الصودا القياسي ، والذي يشكل شقوقًا تحت حمولة تبلغ حوالي 0.1 كيلوجرام من القوة. أوضح الباحثون أن حدود LionGlass لم يتم العثور عليها بعد ، لأنها وصلت إلى الحد الأقصى للحمل الذي تسمح به معدات المسافة البادئة.
لن ينكسر
قال نيك كلارك ، زميل ما بعد الدكتوراه في مختبر ماورو: “لقد واصلنا زيادة الوزن على LionGlass حتى وصلنا إلى الحد الأقصى للحمل الذي تسمح به المعدات”، “إنه ببساطة لن ينكسر”.
أوضح ماورو أن مقاومة الكراك هي إحدى أهم الصفات التي يجب اختبارها في الزجاج ، لأن هذا هو سبب فشل المادة في النهاية، بمرور الوقت ، يطور الزجاج تشققات صغيرة على طول السطح ، والتي تصبح نقاط ضعف، عندما تنكسر قطعة من الزجاج، فهذا يرجع إلى نقاط الضعف التي تسببها التشققات الدقيقة الموجودة.
وأضاف أن الزجاج المقاوم لتشكيل الشقوق الدقيقة في المقام الأول له قيمة خاصة.
أرق بشكل ملحوظ
قال ماورو: “مقاومة التلف خاصية مهمة بشكل خاص للزجاج”، “فكر في جميع الطرق التي نعتمد بها على قوة الزجاج ، في صناعة السيارات وصناعة الإلكترونيات، والهندسة المعمارية ، وتكنولوجيا الاتصالات مثل كابلات الألياف البصرية، حتى في مجال الرعاية الصحية ، يتم تخزين اللقاحات في عبوات زجاجية قوية ومقاومة كيميائيًا.”
يأمل ماورو في أن تكون قوة LionGlass المحسّنة تعني أن المنتجات التي تم إنشاؤها منه يمكن أن تكون أخف وزنًا، نظرًا لأن LionGlass أكثر مقاومة للتلف بعشر مرات من الزجاج الحالي ، فقد يكون أرق بشكل ملحوظ.
وقال ماورو: “يجب أن نكون قادرين على تقليل السماكة مع الاستمرار في الحصول على نفس المستوى من مقاومة الضرر”. “إذا كان لدينا منتج أخف وزنًا ، فهذا أفضل للبيئة ، لأننا نستخدم مواد خام أقل ونحتاج إلى طاقة أقل لإنتاجه. حتى في المراحل النهائية ، للنقل ، فإن ذلك يقلل من الطاقة اللازمة لنقل الزجاج ، لذلك حالة رابحة للجميع “.
الزجاج يلعب دورا في تشكيل المستقبل
يلاحظ ماورو أن فريق البحث لا يزال يقيم إمكانات LionGlass، لقد قاموا بتقديم طلب براءة اختراع لعائلة الزجاج بأكملها ، مما يعني أن هناك العديد من التراكيب داخل عائلة LionGlass ، لكل منها خصائصه المميزة والتطبيقات المحتملة، إنهم الآن بصدد تعريض تركيبات مختلفة من LionGlass لمجموعة من البيئات الكيميائية لدراسة كيفية تفاعلها، ستساعد النتائج الفريق على تطوير فهم أفضل لكيفية استخدام LionGlass في جميع أنحاء العالم.
قال ماورو : “لقد تعلم البشر كيفية تصنيع الزجاج منذ أكثر من 5000 عام، ومنذ ذلك الحين أصبح من الضروري نقل الحضارة الحديثة إلى ما هي عليه اليوم”، “الآن ، نحن في وقت نحتاج فيه للمساعدة في تشكيل المستقبل ، حيث نواجه تحديات عالمية مثل القضايا البيئية والطاقة المتجددة وكفاءة الطاقة والرعاية الصحية والتنمية الحضرية، يمكن للزجاج أن يلعب دورًا حيويًا في حل هذه القضايا ونحن مستعدون للمساهمة “.
