Selvopvarmende drikkevaredåser indstillet til en relancering – sådan fungerer de

Et amerikansk teknologifirma håber at få en meget gammel idé til endelig at fungere ved at lancere selvopvarmende drikkedunke. HeatGenie modtog for nylig 6 millioner USD for at bringe deres dåsedesign på markedet i 2018, mere end 15 år efter at Nestle opgav en lignende idé. Alligevel går principperne bag teknologien meget længere tilbage til 1897, da den russiske ingeniør Jevgenij Fedorov opfandt den første selvopvarmende dåse. Så hvordan virker disse dåser, hvorfor ingen har formået at gøre dem til en succes, og hvad er HeatGenies nye tilgang? For at svare på det, vi skal tilbage til Anden Verdenskrig.

De imponerende klipper Pointe de Hoc har udsigt over Normandiets strande, hvor allierede tropper landede den 6. juni 1944. Angrebene markerede begyndelsen på befrielsen af ​​det tysk besatte Europa. Og klippetoppene var det perfekte sted for artilleristykker, der var i stand til at ødelægge alle tropper, der forsøgte at angribe Ohama og Utahs strandhoveder.

Den allierede kommando vidste dette og så, for at sikre angrebet, flåden bombarderede Pointe de Hoc. Er bange for, at dette måske ikke er nok, de havde også en backup-plan. Et hold amerikanske Rangers skalerede de 30 meter lange klipper og, efter at have lokaliseret våbnet, de satte deres granater ind, ødelægger våbnene. Nøglen til deres succes var valget af termitbaserede ladninger. Det var ikke den slags "højsprængstoffer", der normalt findes i granater, men brugte i stedet en kemisk reaktion, der frembragte temperaturer varme nok til at smelte stålet i artilleriernes affyringsmekanismer.

Overraskende nok, den termit, rangerne brugte, er utrolig enkel. Det er kun rust (jernoxid) og pulveriseret aluminium. Blandet sammen er de helt sikre og stabile – det vil sige indtil blandingen får et energisk kick, typisk ved at tænde en magnesiummetalsikring. Og så starter fyrværkeriet. Aluminiumet fanger ilten fra rusten og producerer i processen jern og en stor mængde varme. Reaktionen kan nemt nå 2, 500 ℃, varmt nok til at producere smeltet (flydende) jern.

Den følgende video viser reaktionen i slowmotion. Det skarpe lys i starten er kun magnesium, der brænder. Derefter, når sikringen brænder ned til termiten, tingene bliver imponerende, efterlader et smeltet rør og en flammende pøl af jern.

Thermite er et ekstremt eksempel på en eksoterm reaktion, en kemisk reaktion, der producerer energi i form af lys og varme. Ild, typisk resultatet af et reagerende kulstof og oxygen, er nok den eksoterme reaktion, vi er mest bekendt med. Men der er mange flere. Faktisk havde mange af de samme tropper, som landede på Normandiets strande den dag, et andet eksempel i deres rationeringspakker, i form af selvopvarmende dåser med suppe.

Disse var i det væsentlige et komfur og dåse rullet ind i en, med et rør af cordit (mere typisk brugt som drivmiddel i håndvåbenammunition) der løber gennem midten af ​​dåsen for at fungere som brændstof. Dåserne var hurtige og nemme at bruge og kunne tændes med en cigaret, giver tropperne mulighed for at tilberede et varmt kød på under fem minutter. Desværre, de havde også en tendens til at eksplodere, overøser de forsamlede trupper med rygende varm suppe.

Siden da, der har været adskillige forsøg på at gøre selvopvarmende dåser til et almindeligt produkt. De fleste stolede på en temmelig mindre eksplosiv reaktion for at give varmen, selvom nogle stadig har kæmpet med problemet med ikke at sprænge i luften. Blød kalk (calciumoxid) opvarmes hurtigt, når det blandes med vand. Men det er ikke særlig effektivt, producerer omkring 60 kalorier energi pr. gram reaktant (én kalorie vil opvarme en milliliter vand med 1 ℃).

Resultatet er, at at opvarme drikken med 40 ℃, du har brug for et varmelegeme, der fylder næsten halvdelen af ​​emballagen. Det er næsten OK, hvis du vil have en lille drink på en varm dag, men i vinterens dyb, når du måske virkelig vil have en varm drik, du ender kun med en lunken kaffe.

Kraftigere dåser

Det, der skal til, er en meget mere effektiv reaktion. Noget, som termit måske? Så skørt som at pakke en dåse med en reaktion, der er i stand til at deaktivere en artilleripistol, kan det virke, som det er lige, hvad HeatGenie planlægger. I løbet af de sidste ti år, firmaet har indgivet adskillige patenter, der beskriver brugen af ​​termit i selvopvarmende dåser. Det viser sig, at reaktionen brugt af US Rangers stadig er for varm til at håndtere, så de har slået tingene lidt tilbage ved at erstatte rusten med et mindre reaktivt, men ikke mindre velkendt materiale, siliciumdioxid. Så den seneste generation af opvarmede dåser er brændt på aluminium og formalet glas.

Når denne reaktion udløses, sparker den stadig hele 200 kalorier ud pr. gram reaktant og kan opnå 1, 600 ℃. I betragtning af den urolige historie med selvopvarmende emballage, at frigive så meget energi fra dåsen i din hånd kan være lidt af en bekymring, så flere af HeatGenies patenter dækker sikkerhedsspørgsmål.

Disse omfatter et komplekst arrangement af "firewalls", der kan blokere den såkaldte "flammefront", hvis tingene bliver for varme, og energiabsorberende "køleplader" for at sikre, at varmen overføres effektivt rundt om drikken, samt ventilationsåbninger til at afgive eventuel damp. Med alt, hvad der er sted, virksomheden hævder, at kun 10 % af emballagen optages af varmeelementerne, som stadig kan producere en varm kaffe på to minutter (selvom den nøjagtige temperatur ikke er blevet afsløret).

Så, godt et århundrede efter Fedorovs første indsats, har HeatGenie endelig knækket den selvopvarmende dåse? At dømme ud fra patenter og investeringer, firmaet kunne have ordnet den tekniske side, men om den virkelig har et varmt produkt på hænderne er en helt anden ting.

Denne artikel blev oprindeligt publiceret på The Conversation. Læs den originale artikel.