أغلفة سفن حفظ الأشعة فوق البنفسجية من بيوفولينج

الشكل 1: حافظ النموذج الأولي للأشعة فوق البنفسجية - C على نظافته من biofouling في ميناء ملبورن (أستراليا). على اليسار ، توجد لوحة سيليكون قياسية بدون UV-C ، وهو عبارة عن عطل بيولوجي تمامًا (مجاملة لمجموعة Science Science and Technology للاختبار).

الشكل 3: مقارنة بين عمليات محاكاة نموذجية للإشعاع فوق البنفسجي عند السطح مع اختبارات موازنة حيوية مماثلة. على اليسار للحصول على لوح سيليكون مع LED واحد ، تم اختباره في حوض للماء. على اليمين للحصول على لوحة النموذج الأولي بالكامل تم اختبارها في حالة البحر. تحدد الخطوط الحمراء المواقع ذات مستوى الإشعاع 0.3mW / m2 المتوقع من المحاكاة.

المؤلف: يعمل Niek Hijnen (PhD) في مجموعة تكنولوجيا طلاء AkzoNobel ، التي تركز حاليًا على التطوير التقني لتقنية المانعة للأشعة فوق البنفسجية ، بالإضافة إلى التقنيات الجديدة لتحسين أداء الطلاء المقاوم للتآكل. www.akzonobel.com

Previous Next

إن وجود الوقود الحيوي على هيكل السفينة يزيد من السحب من المياه أثناء الإبحار وبالتالي استهلاك الوقود ، مما يؤدي إلى زيادة انبعاثات ثاني أكسيد الكربون وكذلك زيادة تكاليف مالك السفينة. لذلك فإن الدهانات المستخدمة في المناطق تحت الماء على هيكل السفن غالبا ما تحتوي على مبيدات بيولوجية لعرقلة نمو الوقود الحيوي أو امتلاك خواص غير لاصقة ، مما يسمح بإفراز التلوث عند زيادة سرعة السفن.
تعمل شركة AkzoNobel مع شركة Royal Philips لتطوير تقنية جديدة تستخدم أسلوبًا مختلفًا تمامًا للدهانات التقليدية المستخدمة في التحكم في الوقود الحيوي على هياكل السفن. وهي تستخدم طبقة انبعاث الأشعة فوق البنفسجية C (UV-C) المطبقة على المناطق تحت الماء في الهيكل للحفاظ على نظافة السطح من التلوث. يقوم التشعيع بالأشعة فوق البنفسجية - سي يثبط أو يقتل الكائنات الدقيقة من خلال الامتصاص بواسطة الحمض النووي الخاص بها ، وهو خاصية يتم تطبيقها بانتظام في أنظمة تنقية المياه والهواء ، مما يمنع التعلق ونمو الوقود الحيوي.

وقد أظهر هذا النهج الجديد القدرة على الحفاظ على السطح نظيفًا تمامًا من أي غاز حيوي (الشكل 1) ، وهو مستوى من منع التلوث لا تقدمه أنظمة الطلاء الحالية. هذه هي الحالة سواء عندما تكون السفينة تبحر وعندما ترسو. تم اختبار البلاط النموذجي الثابت في جميع أنحاء العالم ، وقد ثبت أنه قادر على البقاء نظيفًا في مواقع مختلفة يُعرف أنها تشكل تحديًا كبيرًا للدخان ، مثل سنغافورة والحاجز المرجاني العظيم في أستراليا. بالإضافة إلى الحد من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من خلال تقديم أداء مانع لا مثيل له ، فإن التكنولوجيا عبارة عن حل خالٍ من المركبات العضوية العضوية وخالي من المركبات العضوية المتطايرة ، وهي أهداف هامة أخرى للاستدامة.

تنبعث الأشعة فوق البنفسجية (UV-C) من مصابيح الأشعة فوق البنفسجية (UV-C) ، التي يتم تضمينها في دليل سيليكون خفيف يساعد في توزيع الإشعاع عبر السطح. النماذج الأولية هي حاليا البلاط من 30x30cm2 بسماكة 10mm ، ولديهم كابل hardwired في لتوليد الطاقة. لتحسين المنطقة التي تم الحفاظ عليها نظيفة من خلال مؤشرات LED الفردية ، يتم تكوينها بحيث تنبعث جانبية في الطائرة. يتم توجيه جزء من الضوء المنبعث على طول السطح بواسطة الدليل الضوئي ، والذي يمكن إثباته بواسطة ليزر أخضر خارجي مع حادثة الشعاع على جانب اللوحة (الشكل 2).

الشكل 2: رسم تخطيطي لمبدأ العمل لمفهوم UV-C. على اليمين ، يظهر مبدأ توجيه الموجة في لوحة اختبار. في التصميم الحالي ، يتم تطبيق المواد العاكسة في الجزء السفلي لتعكس الأشعة فوق البنفسجية الخارجة إلى الخارج ، في حين يرتد بعض منها مرة أخرى من خلال الانعكاس الداخلي الكلي في واجهة السيليكون-الماء. يمكن لجزء من الأشعة فوق البنفسجية الموجهة على طول السطح أن يخرج من الطبقة التي ينبعث منها الضوء باتجاه السطح الخارجي من خلال الانتثار المنتشر ، مما يتيح التعرض للأشعة فوق البنفسجية للكائنات الحيوية على السطح بأكمله.

إن معرفة خصائص المكونات والمواد المستخدمة وتصميم البلاط تسمح بمحاكاة نموذجية لمستويات الإشعاع فوق البنفسجي عبر السطح. من خلال ربط البيانات من عينة اختبار LED واحدة مع رصد التعرض للقاذورات التجريبية ، فقد وجد أن شدة منخفضة من الأشعة فوق البنفسجية - C تبلغ حوالي 1mW لكل متر مربع فقط كافية بالفعل لمنع biofouling (الشكل 3 اللوحة اليسرى). في وقت لاحق ، يمكن استخدام قيمة العتبة هذه في عمليات محاكاة نموذجية لتصميم طبقة LED متعددة تحتوي على ضوء ينبعث منها الضوء ، مما يضمن أن تكون مواقع LEDs وغيرها من معلمات التصميم بحيث يتم الحفاظ على السطح بأكمله خاليًا من التلوث (الشكل 3 ، اللوحة اليمنى) .

في نهاية المطاف ، على السفينة ، سيتم تطبيق التكنولوجيا في ظل ظروف صعبة في الخدمة. بالإضافة إلى ذلك ، قد تتعرض المكونات الموجودة في طبقة انبعاث الأشعة فوق البنفسجية - باء في مواقع معينة لمستويات إشعاع عالية من الأشعة فوق البنفسجية - ج. وبالتالي ، يصبح اختيار المواد أمرًا بالغ الأهمية عند الحاجة إلى مراعاة المتانة والمعالجة والتصنيع ، فضلاً عن معايير التصميم العامة المرتبطة بالتكنولوجيا. على الرغم من هذه الصعوبات ، فقد أظهر نموذج أولي حديثًا أنه لا يزال يحقق أداءً جيدًا بعد عامين تقريبًا من التشغيل المستمر في هذا المجال.

يتكون الجزء الأكبر من دليل الضوء من السيليكون ، والذي ، عند صياغته بشكل مناسب ، يمكن أن يحمل شفافية عالية من الأشعة فوق البنفسجية - ج مع نفاذية تبلغ حوالي 80٪ لكل سنتيمتر عند طول موجة 275nm. تعتبر هذه الخاصية هامة لأداء هذه التقنية ، حيث أنها تمكن من توزيع الأشعة فوق البنفسجية عبر السطح لتصل في كل مكان إلى مستويات الكثافة المنخفضة نسبيًا والتي تحافظ على نظافة السطح باستخدام عدد محدود من مصابيح LED. في حين أنها تتسم بالمرونة إلى حد ما ، مما يساعد التطبيق على الأسطح المنحنية ، فإن طبقة السيليكون تحمي أيضًا الأجهزة الإلكترونية المدمجة داخلها. وقد أثبت الاختبار الميكانيكي للنماذج الأولية أن الإلكترونيات الموجودة في دليل الضوء يمكن أن تنجو من قوى التأثير النموذجية المرتبطة بصرب الماء أو الاحتكاك بواسطة المصدات.

سيتم استخدام دعامة لاصقة لإصلاح طبقة انبعاث الضوء على هيكل السفينة. في الوقت الحالي ، تكون تصميمات النماذج الأولية سميكة نسبيًا (10 مم) ، وفي النهاية ، تكون التصاميم أقرب إلى الأفلام الرقيقة النموذجية. لا يزال ، هناك حاجة إلى اختيار دقيق من الحل لاصقة. ولهذه الغاية ، وبغض النظر عن الاختبارات المعملية ، يتم إجراء اختبار ميداني مخصص لتقييم أداء المواد اللاصقة والتأكد من بقاء الطبقة التي ينبعث منها الضوء في مكانها الصحيح.

نماذج الجيل الجديد التي هي قيد التطوير سيكون لها تصميم أرق (~ 4mm) ، مع عدم وجود كابل مبدع ، وتوفر حجم لوحة أكبر (حوالي 50 × 50 سم 2). يتم تمكين التنسيق من خلال مصابيح LED UV-C الجديدة حديثًا مع حزمة عرض جانبي رقيقة ، والتي يمكن استخدامها مباشرةً لإرسالها في المستوى دون الحاجة إلى خطوة إضافية لتركيب الحزمة جانبياً. سيتم استخدام الاقتران الاستقرائي عن طريق وضع حافة البلاطة الموجودة أعلى شريط الطاقة لتشغيل مصابيح LED ، مع إغفال الحاجة إلى كبل من أسلاك توصيل كل جزء. بالإضافة إلى ذلك ، سيتم تطبيق التحسينات في المواد لتجنب الآثار من الضغوط الناشئة نتيجة للتغيرات في خصائص المواد أثناء المعالجة.

الخطوات التالية في نقل التكنولوجيا نحو السوق سيتم تطوير تصنيع قابلة للتوسع ، وتمديد عمر المنتج ، والتطبيق الفعلي الكامل على السفن. سيتم اختبار نماذج جديدة على الأوعية العاملة كتجمعات للبلاط بدلاً من البلاط المنفرد. سيساعد ذلك في السماح بتحسين إجراءات التثبيت في الموقع ، بينما يسمح الاستخدام أثناء الخدمة ببناء سجل أداء. مع تحقيق سنتين من الأداء الميداني ، يمكن توقع المزيد من التحسين بالتأكيد. وبالتدريج ، سيؤدي تحسين أداء UV-C LED (العمر الافتراضي والكفاءة) إلى أساس حلول المنتجات المستقبلية.

إن الجمع بين القدرات من كلا الشركتين ، أصبح إعداد هذه التكنولوجيا للسوق هو جهد فريق عالمي الآن. حيث تمتلك Royal Philips خبرة وملكية فكرية (IP) في تصميم أنظمة باستخدام UV-LEDs ، فإن AkzoNobel لديها خبرة في كيمياء المواد والتصاق وحماية السطح. تطوير النظام يشمل الأنشطة التي تحدث في الولايات المتحدة وأوروبا وآسيا ، وفي حين أن أجسام السفن هي مجال التطبيق الرئيسي الذي يستهدف الجهود الحالية ، فإن إمكانيات هذه التقنية موجودة أيضًا في تطبيقات منطقة متخصصة ، مثل صدور البحر. بشكل عام ، توفر هذه التقنية أداءً لا نظير له للوقاية من القاذورات بالإضافة إلى فوائد أهداف الاستدامة ، على الرغم من أن التحدي الأكبر يكمن في جعلها تعمل في السوق ، نظرًا لأنها مختلفة تمامًا عن الحلول التقليدية. في نهاية المطاف ، يعد التعاون والتثقيف أمرًا هامًا لجعل هذه الرواية والتكنولوجيا الجديدة نجاحًا في الصناعة البحرية.

المؤلفون:

يعمل Niek Hijnen (PhD) في مجموعة تكنولوجيا الطلاء الخاصة بشركة AkzoNobel ، والتي تركز حاليًا على التطوير التقني لتقنية المانعة للأشعة فوق البنفسجية ، بالإضافة إلى التقنيات الجديدة لتحسين أداء الطلاء المضاد للتآكل. www.akzonobel.com

يمتلك Michel Jongerius (PhD) خبرة 37 عامًا في ابتكارات Philips Research في مجال الضوئيات وتكنولوجيا التصنيع. حاليا ، هو مدير مشروع مشروع RunWell على الأشعة فوق البنفسجية لمكافحة القاذورات