Un nou tip de sticlă care este de 10 ori mai verde și mai rezistentă la deteriorare

O mostră de LionGlass, un nou tip de sticlă conceput de cercetătorii de la Penn State, care necesită mult mai puțină energie pentru a fi produs și este mai rezistent la deteriorare decât sticla standard de silicat sodo-calcic. Credit: Adrian Berard/Penn State

La nivel global, industria sticlei produce cel mai puțin 86 de milioane de tone de dioxid de carbon anual. Cu toate acestea, un nou tip de sticlă numit LionGlass, dezvoltat de cercetătorii Penn State, oferă potențialul de a reduce această producție de carbon cu 50%. Nu numai că această sticlă inovatoare necesită mult mai puțină energie pentru a produce, dar are și o rezistență mai mare la deteriorare decât sticla tradițională de silicat sodo-calcic. Oamenii de știință din spatele acestei descoperiri au depus recent o cerere de brevet, marcând pasul inițial către aducerea LionGlass pe piață.

„Scopul nostru este să facem producția de sticlă sustenabilă pe termen lung”, a spus John Mauro, Dorothy Butt Enright, profesor de știință și inginerie a materialelor la Penn State și cercetător principal al proiectului. „LionGlass elimină utilizarea aditivilor care conțin carbon și scade foarte mult temperatura de topire a sticlei.”

Sticla de silicat sodo-calcic, sticla obișnuită folosită în articolele de zi cu zi, de la ferestre la vesela din sticlă, este realizată prin topirea a trei materiale de bază: nisip de cuarț, cenușă de sodiu și calcar. Soda este carbonat de sodiu, iar calcarul este carbonat de calciu, iar ambele eliberează dioxid de carbon (CO2), un gaz cu efect de seră care captează căldura, pe măsură ce se topesc.

„În timpul procesului de topire a sticlei, carbonații se descompun în oxizi și produc dioxid de carbon, care este eliberat în atmosferă”, a spus Mauro.

Dar cea mai mare parte a emisiilor de dioxid de carbon provine din energia necesară pentru a încălzi cuptoarele la temperaturile ridicate necesare pentru a topi sticla. Cu LionGlass, temperaturile de topire scad cu aproximativ 300 până la 400 de grade CelsiusMauro a explicat că acest lucru duce la o reducere a consumului de energie cu aproximativ 30% în comparație cu un pahar tradițional de soda-var.

LionGlass nu numai că este mai ușor pentru mediu, dar este și mai puternic decât sticla tradițională. Cercetătorii au spus că au fost surprinși să descopere că noua sticlă, numită după mascota leului Nittany din Pennsylvania, avea o rezistență mai mare la crăpare decât sticla convențională.

Anumite dispozitive de fixare pentru panouri de sticlă au o rezistență atât de puternică la crăpare, încât sticla nu se va crăpa, chiar și sub o sarcină de forță de un kilogram de țeavă de diamant Vickers. LionGlass este de cel puțin zece ori mai rezistent la crăpătură decât sticla soda-calcică standard, care formează fisuri sub o sarcină de aproximativ 0,1 kilograme de forță. Cercetătorii au explicat că limitele LionGlass nu au fost încă găsite, deoarece acesta a atins sarcina maximă pe care o permite echipamentul de indentare.

„Am continuat să creștem greutatea LionGlass până am atins sarcina maximă pe care echipamentul o permite”, a spus Nick Clark, un postdoctoral în laboratorul lui Mauro. „Pur și simplu nu se va rupe”.

Mauro a explicat că rezistența la fisuri este una dintre cele mai importante calități de testat în sticlă, deoarece astfel materialul eșuează în cele din urmă. În timp, sticla dezvoltă mici fisuri de-a lungul suprafeței, care devin puncte slabe. Când o bucată de sticlă se sparge, se datorează slăbiciunilor cauzate de microfisurile care sunt prezente. El a adăugat că sticla care este rezistentă la formarea de microfisuri în primul rând are o valoare deosebită.

„Rezistența la deteriorare este o proprietate deosebit de importantă a sticlei”, a spus Mauro. „Gândiți-vă la toate modurile în care ne bazăm pe rezistența sticlei, în industria auto și electronică, în arhitectură și în tehnologia comunicațiilor, cum ar fi cablurile cu fibră optică. Chiar și în domeniul sănătății, vaccinurile sunt depozitate în recipiente de sticlă puternice, rezistente chimic.”

Mauro speră că rezistența îmbunătățită a lui LionGlass înseamnă că produsele create din acesta pot fi și mai ușoare. Deoarece LionGlass este de zece ori mai rezistent la deteriorare decât sticla actuală, poate fi semnificativ mai subțire.

„Trebuie să fim capabili să reducem grosimea și să avem același nivel de rezistență la deteriorare”, a spus Mauro. „Dacă avem un produs mai ușor, este mai bine pentru mediu, pentru că folosim mai puține materii prime și avem nevoie de mai puțină energie pentru a-l produce. Chiar și în aval, pentru transport, reduce energia necesară pentru a muta sticla, deci este un câștig- situație de câștig.”

Mauro notează că echipa de cercetare încă evaluează potențialul LionGlass. Ei au depus o cerere de brevet pentru întreaga familie de sticlă, ceea ce înseamnă că există multe compoziții în cadrul familiei LionGlass, fiecare având propriile caracteristici distincte și potențiale aplicații. Acum expun diferite formulări de LionGlass la o serie de medii chimice pentru a studia modul în care interacționează. Descoperirile vor ajuta echipa să dezvolte o mai bună înțelegere a modului în care LionGlass este utilizat în întreaga lume.

„Oamenii au învățat cum să facă sticlă în urmă cu mai bine de 5.000 de ani și de atunci a devenit imperativ să aducem civilizația modernă acolo unde este astăzi”, a spus Mauro. „Acum, suntem într-un moment în care trebuie să contribuim la modelarea viitorului, deoarece ne confruntăm cu provocări globale, cum ar fi problemele de mediu, energia regenerabilă, eficiența energetică, asistența medicală și dezvoltarea urbană. Sticla poate juca un rol vital în rezolvarea acestor probleme, și suntem gata să contribuim.”