Znak Politechniki Warszawskiej

Technologia, która ochroni przed oblodzeniem powierzchni

Problem jest poważny. Osadzający i nawarstwiający się lód może być śmiertelnie niebezpieczny, i to w wielu dziedzinach naszego życia. Ryzyko jeszcze wzrasta, gdy oblodzenie pojawia się na powierzchniach aerodynamicznych poruszających się z dużą prędkością samolotów czy turbin wiatrowych albo na pełniących ważną rolę elementach instalacji elektrycznych. Dr inż. Rafał Kozera z Wydziału Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej ma pomysł, jak rozwiązać kłopot.

Zdjęcie przedstawiające turbiny wiatrowe

fot. pixabay

Naukowiec wraz ze swoim zespołem realizuje projekt IceSurfer. Badacze opracowują technologię wytwarzania lodofobowych (czyli powstrzymujących osadzanie lodu) powierzchni do wykorzystania w elementach z kompozytów polimerowych. Szczególnie dotyczy to wspomnianych elementów samolotów, łopat turbin wiatrowych oraz urządzeń doprowadzających prąd do domów i mieszkań. Projekt jest realizowany w ramach programu LIDER IX organizowanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju.

– Ze względów dekoracyjnych i ochronnych kompozyty pokrywane są warstwą nazywaną żelkotem – wyjaśnia dr inż. Kozera. – Nam chodzi o takie zmodyfikowanie tej warstwy, żeby lód do niej nie przywierał albo żeby zarodkowanie kryształów lodu było jak najbardziej opóźnione. A jeśli lód jednak się osadzi, to żeby miał mniejszą siłę adhezji i łatwiej go było usunąć.

Dlatego naukowcy produkują różne dodatki, które mają zmienić właściwości zewnętrznej warstwy kompozytu. Wykorzystują w tym celu nanocząstki i stosują modyfikacje chemiczne oraz laserowe. 

Projekt zakłada wprowadzenie zmian w procesie produkcji żelkotów – tak, żeby od razu miały one pożądane właściwości. Naukowcy przewidują też jednak wykorzystanie rozwiązania w elementach już wytworzonych i używanych. W takich przypadkach stosowane będą odpowiednio zmodyfikowane farby.

Zdjęcie obrazujące badania opóźnienia zamarzania lodu na próbkach

Zdjęcie obrazuje badania opóźnienia zamarzania lodu na próbkach, fot. nadesłane

W trosce o środowisko i finanse

Technologia, nad którą pracuje zespół dr. inż. Kozery, może być doskonałą alternatywą dla obecnie wykorzystywanych sposobów radzenia sobie z obladzaniem powierzchni. Metody te są zazwyczaj szkodliwe dla środowiska, drogie i obniżają wytrzymałość materiałów. Ręczne usuwanie lodu opiera się na używaniu środków chemicznych, które niszczą strukturę elementów, a do tego przedostają się do powietrza i gleby. Z kolei rozwiązania wykorzystujące do odladzania energię elektryczną potrzebują bardzo dużej mocy, a to nie dość, że negatywnie wpływa na środowisko, jest mało wydajne, to jeszcze kosztuje, i to niemało. Na tym nie koniec. Usuwanie lodu oznacza przecież także, że samolot, turbina czy instalacja są wyłączone z użytku. A to generuje straty ekonomiczne.

– W literaturze pojawiają się informacje o powłokach, które chronią przed obladzaniem, ale autorzy bardzo często milczą na temat trwałości swoich rozwiązań – zaznacza dr inż. Kozera. – Tak jest w przypadku np. silikonu – sprawdza się, ale jest mało odporny, w szczególności na czynniki działające erozyjnie.

Nie ma więc mowy, żeby zastosować go w lotnictwie czy turbinach wiatrowych.

– Elementy, które chcemy ochronić, są poddawane ogromnym obciążeniom mechanicznym i termicznym, pracują non stop, a to warunki dla bardzo intensywnej degradacji powierzchni – tłumaczy dr inż. Kozera. – W samolotach usuwanie powłok odbywa się co 5-10 lat, czasami nawet co 3. Podobnie jest w turbinach wiatrowych. Dlatego planujemy co jakiś czas regenerować elementy wykorzystujące naszą technologię. Do tego posłużą farby.

Sposoby na wszystko

Opracowywane rozwiązanie może mieć bardzo szerokie zastosowanie. W ramach projektu IceSurfer dr inż. Kozera koncentruje się jednak na turbinach wiatrowych. – Obecnie pracujemy w laboratoriach, jesteśmy na etapie wytwarzania próbek – mówi naukowiec. – Na koniec chcemy stworzyć demonstrator, oczywiście w małej skali, ale geometrycznie zbliżony do prawdziwej łopaty turbiny. Będziemy też prowadzić badania w lodowym tunelu powietrznym i warunkach rzeczywistych.

Sprawdzenie, czy technologia spełnia swoją rolę, wydaje się wyzwaniem. Bo jak ją dobrze przetestować, skoro oblodzenie powierzchni występuje w specyficznych warunkach atmosferycznych, a problem nawarstwiania lodu nie pojawia się z dnia na dzień? Jest jednak na to sposób.

– Są metody przyspieszania degradacji pod wpływem warunków klimatycznych, więc sobie poradzimy – mówi dr inż. Kozera.

 

Agnieszka Kapela

Biuro ds. Promocji i Informacji

 

Czas realizacji projektu: 01.01.2019-31.12.2021

Projekt „Lodofobowe powierzchnie do zastosowań na elementy z kompozytów polimerowych” finansowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach programu LIDER IX, nr LIDER/16/0068/L-9/17/NCBR/2018