Znajdź zawartość

Amerykańscy specjaliści opracowali nowy sposób wtrysku paliwa dla silników diesla. Dzięki niemu ogólna sprawność silnika wzrasta o 10%, a emisja zanieczyszczeń zmniejsza się o 80 procent. Silniki diesla są bardziej wydajne od benzynowych, jednak emitują więcej zanieczyszczeń. Jest to spowodowane faktem, iż wykorzysywane paliwo jest ciężkie, bardzo lepkie i mniej lotne od benzyny. Trudniej jest też je spalić. Ponadto wymagane są wyższe temperatury spalania, co z kolei przyczynia się do emisji tlenków azotu. George Anitescu z Wydziału Inżynierii Biomedycznej i Chemicznej nowojorskiego Syracuse University skonstruował nowy wtrysk, który dostarcza paliwo w stanie nadkrytycznym. O stanie takim mówimy wówczas, gdy dla danej substancji zostanie przekroczony punkt krytyczny temperatury i ciśnienia. Wówczas zanikają różnice pomiędzy fazą ciekłą i gazową. Anitescu dostarcza silnikowi właśnie takiego paliwa. Dzięki temu rozwiązaniu lepkość nie stanowi już problemu, a paliwo i powietrze są znacznie lepiej wymieszane niż w obecnie używanych rozwiązaniach. Mamy więc do czynienia z szybszym, czystszym i bardziej dokładnym spalaniem. Zdaniem Anitescu, takie rozwiązanie przypomina połączenie silnika diesla z silnikiem benzynowym i ma zalety obu metod. Aby uzyskać stan nadkrytyczny Anitescu musiał najpierw podgrzać paliwo do temperatury około 450 stopni Celsjusza przy ciśnieniu około 612 atmosfer. O ile uzyskanie takiego ciśnienia nie powinno sprawić najmniejszych problemów, to wysoka temperatura paliwa jest prawdziwym wyzwaniem. Anitescu wraz ze swoim zespołem wykorzystał ciepło emitowane przez system wydechowy. Jednak w wysokiej temperaturze węglowodory tworzą bardzo lepkie osady, które mogą prowadzić do zatkania systemu paliwowego. Problemu można uniknąć rozcieńczając paliwo np. dwutlenkiem węgla lub wodą. Amerykańscy naukowcy rozcieńczyli je... spalinami produkowanym przez sam silnik. Na razie prowadzono jedynie testy laboratoryjne, jednak prototypowy system do prób polowych może powstać jeszcze w bieżącym roku. Jego skonstruowanie nie powinno przysporzyć większych problemów, gdyż dotychczas używano standardowych części, które dobrze się sprawdzały. Ponadto, jak mówi Anitescu, jest wiele możliwości regulacji i zmiany parametrów pracy wtrysku i samego paliwa, dzięki czemu łatwo będzie można reagować na wszelkie pojawiające się problemy. Jak na razie największym wyzwaniem, które zauważają inni specjaliści, jest zmniejszenie się lepkości nadkrytycznego paliwa. W silnikach diesla paliwo jest wykorzystywane do smarowania, więc musi być lepkie. Anitescu mówi, że problem ten można rozwiązać na dwa sposoby. Pierwszy to wprowadzenie jakiegoś lubrykantu na końcowych fragmentach systemu paliwowego, gdyż to właśnie tam paliwo straci konieczną lepkość. Drugi sposób to użycie paliwa w stanie podkrytycznym. Nadal będzie miało ono bardzo dobre właściwości, a jednocześnie zapewni odpowiednie smarowanie.

Specjaliści głowią się nad tym, co zrobić z nadmiarem dwutlenku węgla i zyskać kontrolę nad zmianami klimatycznymi. Jedno z najnowszych rozwiązań zakłada wprowadzenie nanocząstek do podziemnych zbiorników jeszcze przed ich wypełnieniem. Nanocząstki połączyłyby się z gazem w stanie nadkrytycznym (fluidem), tworząc lepką pianę, która zapobiegałaby powstawaniu wycieków. Stan nadkrytyczny to stan danej substancji, w którym ciśnienie i temperatura są wyższe od ciśnienia i temperatury punktu krytycznego (jest to wymuszony stan między cieczą a gazem). Analizując dostępne teorie, Steven Bryant z Uniwersytetu Teksańskiego w Austin doszedł do wniosku, że pokryte poli(tlenkiem etylenu) nanocząstki dwutlenku krzemu zwiążą się z kroplami dwutlenku węgla. Należało to jednak potwierdzić. Podczas testów Amerykanie posłużyli się n-oktanem, cieczą zachowującą się jak CO2 w stanie nadkrytycznym. Rzeczywiście utworzyła się piana, która zaczopowała wszystkie pęknięcia w skale. Po pierwszych sukcesach zespół Bryanta planuje kolejny etap eksperymentu z wykorzystaniem nadkrytycznego dwutlenku węgla.

W przyszłym roku rozpoczną się testy kliniczne pierwszej wziewnej szczepionki na odrę. Będą one prowadzone w Indiach, ponieważ tutaj wiele dzieci nadal zapada na tę zaraźliwą chorobę wirusową. Co roku umiera na nią prawie 200 tys. maluchów. Szefem zespołu, który opracował szczepionkę na bazie proszku, jest dr Robert Sievers z University of Colorado w Boulder. Uważa on, że łatwy w użyciu inhalator jest idealnym rozwiązaniem dla odległych rejonów krajów rozwijających się, gdzie nie ma lodówek ani dostępu do czystej wody czy sterylnych igieł, za pomocą których można by wykonać tradycyjny zastrzyk. Jak wyjaśnia Amerykanin, testy na zwierzętach zakończyły się w tym roku. Wg niego, wziewne szczepionki zapewniłyby odporność niemowlętom, starszym dzieciom i dorosłym. Dziecięce szczepionki, które mogą być inhalowane i dostarczane bezpośrednio do śluzówek, mają przewagę nad iniekcjami. Nie tylko zmniejszają ryzyko zakażenia HIV, żółtaczką i innymi chorobami związanymi z użyciem skażonych igieł, lecz mogą się także okazać skuteczniejsze od swych tradycyjnych odpowiedników. Choć została opracowana dla krajów Trzeciego Świata, nowa technologia stanie się zapewne bazą kolejnej generacji szczepionek dla reszty świata. Dotąd opracowano bowiem tylko jedną wziewną szczepionkę – wilgotną mgiełkę na grypę. Sieversa zainspirowały badania dotyczące sposobu wdychania przez ludzi kropli zanieczyszczeń atmosferycznych. Wraz ze studentami i resztą ekipy stworzył, a następnie opatentował metodę CAN-BD (dosł. nebulizacji wspomaganej dwutlenkiem węgla z suszarką kropli). Osłabiony wirus odry jest mieszany z dwutlenkiem węgla w stanie nadkrytycznym, w wyniku czego powstają drobne krople. Całość jest potem suszona i powstaje przeznaczony do wdychania proszek. Wprowadza się go do cylindrycznego woreczka, zamykanego podobnie jak szyjka plastikowej butelki. Po wzięciu jednego głębokiego oddechu dziecko może być skutecznie zaszczepione. Podczas testów na zwierzętach wykazano, że szczepionka wziewna jest tak samo skuteczna, jak iniekcja. Obecnie trwają prace nad tanią wersją inhalatora. Twórcy technologii CAN-BD twierdzą, że dawkę szczepionki można by wyprodukować za 26 centów. Jeśli przyszłoroczne badania zakończą się sukcesem, wg Serum Institute of India Ltd., roczne zapotrzebowanie na szczepionkę sięgnie 400 mln dawek. Sievers opowiada, że gdy w latach 80. ubiegłego wieku w Meksyku wybuchła epidemia odry, 3 mln dzieci podano właśnie szczepionkę wziewną w postaci aerozolu. Te maluchy, które wzięły udział w testach, rzadziej się zarażały niż brzdące zaszczepione tradycyjnie. Problem polegał jednak na tym, że do uzyskania mgiełki potrzeba było zasilania bądź baterii. Poza tym płynne szczepionki powinny być świeżo sporządzone i trzymane w chłodzie, a sam nebulizer wymaga czyszczenia. Nowy i tani dozownik, w którym cząsteczkami koloidalnymi są substancje stałe, nie musi być czyszczony ani w jakikolwiek sposób zasilany.

Profesor Andrea Koschinsky-Fritsche z Jacobs University w Bremen odkryła na dnie Oceanu Atlantyckiego najgorętszą wodę na Ziemi. To woda, ale nie taka, do jakiej przywykliśmy, ponieważ znajduje się w stanie nadkrytycznym, niespotykanym dotąd w naturze. Można ją znaleźć 3 kilometry pod powierzchnią, na szczycie olbrzymiego bąbla magmy. Ciecz, a właściwie coś pośredniego między cieczą a gazem, wydostaje się z kominów hydrotermalnych Dwie Łodzie (Two Boats) i Siostrzany Szczyt (Sisters Peak). Najprawdopodobniej w ten właśnie sposób minerały i pierwiastki, np. żelazo, miedź, mangan, siarka czy złoto, wydostają się z głębszych warstw Ziemi do oceanów. Koschinsky szacuje, że połowa oceanicznego manganu i 1/10 żelaza wypływa właśnie z kominów. W normalnych warunkach wzrost ciśnienia i temperatury powoduje wrzenie i parowanie cieczy. Jeśli jednak oba parametry są większe od ciśnienia i temperatury punktu krytycznego, zanika różnica gęstości między gazem a cieczą. W przypadku wody mamy do czynienia z czymś lżejszym od cieczy, a cięższym od pary. W 2005 roku zespół pani Koschinsky rozpoczął realizację 6-letniego projektu badania południowych krańców Grzbietu Śródatlantyckiego. Na 5° szerokości geograficznej południowej odkryto wtedy nowe kominy hydrotermalne. W rok i dwa lata potem Niemcy pokusili się o zmierzenie temperatury w ich okolicach. Modele komputerowe podpowiadały, że wydostająca się z nich woda wsiąka w szczeliny w dnie. Wnikając coraz głębiej, jest poddawana oddziaływaniu coraz większego ciśnienia. W miarę zbliżania się do magmy wzrasta też jej temperatura. Przy 407 stopniach Celsjusza i ciśnieniu 300 barów przechodzi w stan nadkrytyczny. Jako że woda w stanie nadkrytycznym ma mniejszą gęstość od wody w stanie ciekłym, jest wyrzucana w górę jako bąble przez kominy hydrotermalne. Temperatura panująca w kominach to co najmniej 407°C, ale co jakiś czas na 20 sekund sięga ona nawet 464°C. Woda w stanie nadkrytycznym doskonale wypłukuje metale. Wychodzi jej to znacznie lepiej niż wodzie ciekłej czy parze wodnej. Siarka jest wykorzystywana przez bakterie siarkowe, które nie mają dostępu do światła. Mangan to źródło energii dla organizmów żyjących bliżej powierzchni oceanu. Żelazo zostaje zaś spożytkowane przez fitoplankton. Temperatura we wnętrzu kominów jest tak wysoka, że dochodzi do topienia oprzyrządowania. To jeden z powodów, dla których dane zdobyte przez Niemców są aż tak istotne.