نوع جديد من الزجاج أكثر اخضرارًا ومقاومًا للتلف بعشر مرات

على الصعيد العالمي ، فإن إنتاج الزجاج هو أقل انبعاثات 86 مليون طن من ثاني أكسيد الكربون سنويًا. ومع ذلك ، فإن نوعًا جديدًا من الزجاج يسمى LionGlass ، طوره باحثو ولاية بنسلفانيا ، يوفر إمكانية تقليل ناتج الكربون هذا بنسبة 50٪. لا يتطلب هذا الزجاج المبتكر طاقة أقل بكثير لإنتاجه فحسب ، بل إنه أيضًا أكثر مقاومة للتلف مقارنة بزجاج سيليكات الصودا والجير التقليدي. قدم العلماء الذين يقفون وراء هذا الاختراق مؤخرًا طلب براءة اختراع ، مما يمثل خطوة مبكرة لتقديم LionGlass إلى السوق.

قالت دوروثي بات إنرايت جون ماورو ، أستاذة علوم وهندسة المواد في ولاية بنسلفانيا والباحثة الرئيسية في المشروع: “هدفنا هو جعل إنتاج الزجاج مستدامًا على المدى الطويل”. “يزيل LionGlass استخدام مواد الكتل المحتوية على الكربون ويخفض بدرجة كبيرة درجة حرارة انصهار الزجاج.”

زجاج سيليكات جير الصودا ، زجاج شائع يستخدم في الأغراض اليومية من النوافذ إلى أدوات المائدة الزجاجية ، مصنوع من خلال دمج ثلاث مواد أساسية: رمل الكوارتز ، ورماد الصودا ، والحجر الجيري. رماد الصودا عبارة عن كربونات الصوديوم والجير عبارة عن كربونات الكالسيوم ، وكلاهما يطلق ثاني أكسيد الكربون (CO2) ، وهو غاز دفيئة يحبس الحرارة ، عند ذوبانهما.

قال ماورو: “أثناء عملية صهر الزجاج ، تتفكك الكربونات إلى أكاسيد لتكوين ثاني أكسيد الكربون ، والذي يتم إطلاقه في الغلاف الجوي”.

لكن معظم انبعاثات ثاني أكسيد الكربون تأتي من الطاقة اللازمة لتسخين الأفران إلى درجات الحرارة العالية اللازمة لصهر الزجاج. مع LionGlass ، تنخفض درجة حرارة الانصهار إلى حوالي 300 إلى 400 درجة. درجة مئويةأوضح ماورو أن هذا يؤدي إلى تقليل استهلاك الطاقة بنسبة 30٪ تقريبًا مقارنة بزجاج الجير الصودا التقليدي.

لا يعتبر LionGlass أسهل في البيئة فحسب ، ولكنه أيضًا أقوى بكثير 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 للتصدع مقارنة بالزجاج التقليدي.

تتمتع بعض المركبات الزجاجية الخاصة بالمجموعة بمقاومة قوية للتصدع لدرجة أن الزجاج لم يتصدع حتى تحت حمل قوة كيلوغرام من ماسورة فيكرز للماس. يعتبر LionGlass أكثر مقاومة للتشقق بعشر مرات على الأقل مقارنة بزجاج جير الصودا القياسي الذي يتشقق تحت حمولة 0.1 كجم. أوضح الباحثون أن حدود Lion Glass لم يتم اكتشافها بعد ، حيث وصلت إلى الحد الأقصى للحمل الذي تسمح به أدوات المسافة البادئة.

قال نيك كلارك ، زميل ما بعد الدكتوراه في مختبر ماورو: “ظللنا نزيد الوزن على زجاج الأسد حتى وصلنا إلى الحد الأقصى للحمل الذي تسمح به المعدات”. “إنه ببساطة لا ينفجر”.

أوضح ماورو أن مقاومة التشقق هي واحدة من أهم الصفات التي يجب اختبارها في الزجاج لأن المادة تفشل في النهاية. بمرور الوقت ، تتشكل شقوق صغيرة على السطح الزجاجي ، والتي تصبح نقاط ضعف. عندما تنكسر قطعة من الزجاج ، يحدث ذلك بسبب نقاط الضعف التي تسببها التشققات الدقيقة الموجودة مسبقًا. وقال إن الزجاج الذي يقاوم تطوير التشققات الدقيقة في المقام الأول له قيمة خاصة.

قال ماورو: “مقاومة التلف خاصية مهمة للزجاج”. فكر في جميع الطرق التي نعتمد بها على قوة الزجاج في تكنولوجيا الاتصالات ، مثل صناعة السيارات وصناعة الإلكترونيات والهندسة المعمارية وكابلات الألياف البصرية. حتى في مجال الرعاية الصحية ، يتم تخزين اللقاحات في عبوات زجاجية قوية مقاومة للمواد الكيميائية.

يعتقد ماورو أن قوة LionGlass المحسّنة تعني أن المنتجات المصنوعة منها أخف وزنًا. نظرًا لأن LionGlass يقاوم التلف 10 مرات أكثر من الزجاج الحالي ، فهو أرق بشكل ملحوظ.

قال ماورو: “يمكننا تقليل السماكة ونظل نحصل على نفس المستوى من مقاومة الضرر”. “إذا كان لدينا منتج أخف وزناً ، فهو أفضل للبيئة لأننا نستخدم مواد خام أقل ويستغرق إنتاجه طاقة أقل. وحتى في المراحل النهائية ، بالنسبة للنقل ، فإنه يقلل من الطاقة اللازمة لنقل الزجاج ، لذا فهو مكسب- فوز الوضع للجميع.

يشير ماورو إلى أن فريق البحث لا يزال يقيم إمكانات Lion Glass. لقد قاموا بتقديم طلب براءة اختراع لجميع أنواع النظارات ، مما يعني أن عائلة Lion Glass بها العديد من المركبات ، ولكل منها خصائصها الفريدة وتطبيقاتها المحتملة. إنهم يعملون الآن على تعريض تركيبات مختلفة من زجاج الأسد لمجموعة من البيئات الكيميائية. ستساعد النتائج الفريق على تطوير فهم أفضل لكيفية استخدام LionGlass حول العالم.

قال ماورو: “لقد تعلم البشر كيف يصنعون الزجاج منذ 5000 عام ، ومنذ ذلك الحين أصبح من الضروري نقل الحضارة الحديثة إلى ما هي عليه اليوم”. “الآن ، نظرًا لأننا نواجه تحديات عالمية مثل القضايا البيئية ، والطاقة المتجددة ، وكفاءة الطاقة ، والرعاية الصحية ، والتنمية الحضرية ، فإننا في مرحلة يمكننا فيها المساعدة في تشكيل المستقبل. ويمكن أن يلعب الزجاج دورًا مهمًا في حل هذه المشكلات ، و نحن على استعداد للمساهمة “.