Minimering af brændstofeksplosioner og brande fra ulykker og terrorhandlinger med polymerer

Når en terrorhandling eller et køretøj eller en industriulykke antænder brændstof, den resulterende brand eller eksplosion kan være ødelæggende. I dag, Forskere vil beskrive, hvordan lange, men mikroskopiske kæder af polymerer kan føjes til brændstof for at reducere skaderne fra disse skræmmende hændelser markant uden at påvirke ydeevnen.

Forskerne vil præsentere deres resultater i dag på American Chemical Society (ACS) National Meeting &Exposition foråret 2019.

Projektet var motiveret af den 11. september, 2001, terrorangreb. På den dag, passagerfly lastet med brændstof blev styrtet ind i tvillingetårnene ved New York Citys World Trade Center. Påvirkningen satte gang i en kæde af begivenheder, der i sidste ende væltede bygningerne, Julia Kornfield, Ph.D., siger.

Da flyene ramte bygningerne, deres brændstof blev til tåge. Tændingen af ​​tågen blæste hundredvis af vinduer ud (som gav mere luft til at fodre ilden), sprængte betonmembraner mellem gulve og strippet isolering af stålbjælker, hun siger. Hvis brændstoftågning ikke var opstået, den første ødelæggelse ville ikke have været så alvorlig, og bygningerne kunne have været i stand til at modstå de mindre skader, siger Kornfield, der studerer polymerer og flowadfærd på California Institute of Technology.

Efter angrebet, en af ​​hendes kolleger foreslog, at tilsætning af små mængder polymerer til brændstof kunne begrænse dug under en højhastighedspåvirkning og reducere risikoen for efterfølgende brand eller eksplosion. Tilskyndet af forslaget, Kornfield og hendes team begyndte en søgen efter passende polymerer, der kunne sprede den slagenergi, der normalt ville bryde brændstofdråber til en tåge.

Andre forskere, der forfølger dette mål, har udviklet "ultralange" polymerer, der kan mindske resultatet af en påvirkning, resulterer i køligere, kortere brande. Imidlertid, ultralange polymerer er ikke særlig praktiske, fordi de forstyrrer motorens drift, Kornfield bemærker. De nedbrydes også irreversibelt til mindre molekyler, når de løber gennem rørledninger eller pumper, miste effektivitet.

Som et alternativ, hendes team skabte polymerer, der reversibelt kan forbinde ende-til-ende via carboxylsyre- og amingrupper for at danne "megasupramolekyler, ", der er lige så lange som ultralange polymerer, men som ikke går i stykker i rørledninger eller pumper. Forskerne, der har lavet videoer om arbejdet, medstiftede startup-virksomheden Fluid Efficiency for at videreudvikle polymererne og levere prøver til evaluering til petrokemiske virksomheder, smøremiddelproducenter og rørledningsoperatører.

Resultaterne har været opmuntrende. Dug blev betydeligt reduceret i brændstof behandlet med polymererne, og efter at brændstoffet var antændt, flammen selvslukkede. En nylig test tyder på, at megasupra-molekyler tilføjet på et raffinaderi eller brændstofdepot ville forblive aktive efter at have passeret gennem mere end 600 miles af rørledninger og hundredvis af pumper, Kornfield siger, bemærker, at ultralange polymerer ville have mistet det meste af deres styrke efter 50 miles. "Dette er et vigtigt skridt i retning af at levere et additiv, der kunne forbedre transportsikkerheden for alle brugere, der modtager brændstof gennem et rørledningsnetværk uden bekymring for, at beskyttelsen gik tabt under transporten, " forklarer hun.

Kornfields molekyler har andre fordele. De forbedrer smøring og flow gennem rørledninger og slanger under brændstofdistribution. Fordi polymermolekylernes kulbrinterygrad ligner brændstofs, de forbliver opløselige selv ved lave temperaturer. Ud over, molekylerne opdeles i mindre, når de passerer ind i motorer og brænder med brændstoffet, så de ikke forstyrrer motorens ydeevne. Som en uventet bonus, additivet reducerer soddannelsen i dieselmotorer med 12 procent, ifølge foreløbig test ved University of California, Riverside.

På nuværende tidspunkt polymererne ville tilføje en øre eller to til prisen på en gallon brændstof, hvilket hun siger er lidt dyrt. De vil gerne samarbejde med partnere, der kan reducere prisen og teste molekylernes ydeevne med en række forskellige brændstoffer. Den amerikanske hær planlægger at undersøge nytten af ​​tilsætningsstofferne i scenarier, der involverer forskellige påvirkninger og projektiler, såsom improviseret sprængstof.