Германо-Българската индустриално-търговска камара е представител на Дюселдорфски панаир за България. В портфолиото на панаира е най-голямото в света изложение за пластмасовата и каучуковата промишленост К, което ще се проведе тази година от 8 до 15 октомври, в Дюселдорф.
K в Дюселдорф е не само най-важният търговски панаир в света за пластмасовата промишленост, но и за каучуковата промишленост. Устойчивостта и опазването на ресурсите са и тук актуални теми, които никой не може да пренебрегне. Това е още една причина да хвърлим светлина върху значението на каучука в „зелените“ приложения в навечерието на K 2025.
от д-р Стефан Албус
Нашето общество е изправено пред напълно нови предизвикателства в резултат на изменението на климата. Дали каучукът, материал, изобретен преди повече от 180 години, все още има роля в тук?
***
Геотермална енергия
Логично! Това често изисква каучукови материали, произведени от особено високоразвити синтетични каучуци. Един пример за такива приложения е извличането на топлина от по-дълбоките земни пластове. Геотермалните сондажи могат да достигнат дълбочина от 1000 до дори 3000 метра. Освен всичко друго, тук се използват и пакетиращи устройства, които представляват ръкави с дължина около един метър, които могат да уплътнят част от сондажа; те са изработени, наред с другото, от топлоустойчив каучук. В изолираните участъци могат да се извършват измервания на температурата или налягането.
Между другото, двигатели със спираловиден ротор в корпус със статор, облицован отвътре с гума, често се използват в дълбоки сондажи от този вид – в геотермални проекти, но също и в петролния сектор. Половината от „кой ли не“ в съвременните технологии за приложение на каучука се използва като каучукови компоненти тук: нитрилен каучук (NBR), NBR-HR („високоустойчив“ NBR), хидрогениран нитрилен каучук (HNBR) и дори изключително химически устойчиви флуороеластомери, в зависимост от температурния профил и агресивността на промивните флуиди.
Говорейки за дълбоки сондажи: природният газ също все още се счита за гориво за производство на енергия със сравнително ниско съдържание на CO2 за преходен период. Понастоящем Германия получава много природен газ от САЩ, където около 88 % от този енергиен източник се добива чрез фракинг.
Това изисква, наред с другото, изключително високопроизводителни маркучи, които могат да издържат на контакт с агресивни течности, които се инжектират в скалата, за да се изхвърли там разпределеният газ. Тук често се използват многослойни продукти, чийто вътрешен слой се състои от устойчив на киселини синтетичен каучук; за външния слой се използват видове каучук с отлична устойчивост на износване и стареене.
Между другото, опасен източник на опасност при добива на природен газ е неконтролируемото, насилствено изпускане на газ от резервоарите, известно като „Blowout“. Те се предотвратяват с помощта на така наречените „Blowout-Preventer“ (BOPs), т.е. изключително еластични гумени уплътнения, които могат да издържат на контакт със сероводород и корозивни и абразивни среди. Тези уплътнения са много скъпи и трябва да издържат съответно дълго време. Тук често се използва HNBR.
Биогаз и водород
През 2021 г. около девет процента от общата земеделска земя в Германия е била използвана за производство на възобновяеми суровини за производство на биогаз.
Биогазът съдържа не само метан като гориво, но и корозивни компоненти като сероводород и амоняк. По тази причина в инсталациите за биогаз се използват мембрани от EPDM („наситен етилен-пропилен-диен каучук“), въпреки че те се конкурират с двойни мембрани, изработени от полиестерни тъкани с PVC покритие. И двата материала имат своите предимства и недостатъци при това приложение, но EPDM каучукът е малко по-гъвкав и може лесно да се рециклира.
Докато задачите, описани досега за високоразвити каучукови материали, все още могат да бъдат решени по сравнително „класически“ начин, при водорода нещата стават наистина трудни. Водородът се втечнява при нормално налягане само при изключително ниски температури; следователно уплътнителните материали за бъдещата водородна икономика трябва да бъдат проектирани за широк температурен спектър (от минус 40 до над 80°C). Важно е също така да издържат на високи налягания.
Проблемът: неполярните молекули H2 могат да дифундират през конвенционалните уплътнителни материали и да ги влошат. Ако водородът постепенно се вгради в уплътнителния материал, може да се стигне дори до експлозивна декомпресия, която да разруши уплътнението. И все пак те са спешно необходими във водородната икономика: за електролиза, във вентили или мембрани, за транспортиране в резервоари и тръби и, разбира се, в горивни клетки
Всъщност наистина ефективните уплътнения от каучук, устойчиви на H2, все още са обект на текущи изследвания; може би е възможно да се постигне нещо подобно с умела комбинация от газонепропускливи видове каучук и пълнители, които възпрепятстват набъбването и проникването на водород. Като базови еластомери могат да се използват бутил-каучук или флуоро-каучук, които по природа вече са относително газонепропускливи; добавки с форма на плочки, като слоести силикати или графит, могат да помогнат за допълнително намаляване на проникването на газ.
За да се опрости транспортирането на водорода, напоследък се обсъждат алтернативни носители, например амоняк (NH3), който е газообразен при стайна температура и е по-лесен за втечняване и съхранение. Това изисква и висококачествени каучуци, които са устойчиви на ниски температури и основи.
Разбира се, водородът вече работи много надеждно в горивните клетки. Въпреки това няма такова нещо като „най-подходящия“ материал за уплътняване. Няма такова нещо като „най-подходящата“ горивна клетка: например има алкални и фосфорно-кисели, полимерни електролити и високотемпературни горивни клетки. Въпреки това уплътнителните материали, свързани с еластомери, с високо съдържание на специални пълнители вече се използват за уплътнителни задачи и тук
Вятърна енергия
Вятърните турбини се издигат на все по-голяма височина: Днес с диаметър на ротора от 150 до над 220 метра те могат да достигнат номинална мощност от над 10 MW.
Особено в открито море, ултравиолетовата радиация, озонът (който все пак не е рядък гост в близост до електрически системи), солената вода и силно променящите се температури поставят високи изисквания към използваните тук еластични материали. Освен това, разбира се, се изискват и най-добрите огнезащитни свойства, тъй като гондолите са практически невъзможни за гасене, след като са се запалили
В тези гондоли например са необходими компоненти за отделяне на вибрациите и еластично монтиране на генератора: гумените буфери са на мястото си на връзките между лопатките на ротора и главината. Там те абсорбират силите и вибрациите и спомагат за минимизиране на вибрациите, както и за потискане на шума.
Естественият каучук трудно се намира сред няколкостотинте килограма еластомерни материали, използвани във вятърните турбини, поради проблемната му устойчивост на атмосферни влияния и озон. Каучукът NBR често се използва за твърди гумени ротационни валове. Устойчивият на озон каучук HNBR, който също може да издържа на температури до 170 °C за кратки периоди, често се среща в уплътненията на радиалните валове. С подходящо подсилване той може да се използва и в лагери с големи диаметри и дори в основни лагери, смазвани с грес, поради устойчивостта си на масло.
Кабелите, по които се пренася електроенергията от вятърните турбини в морето, могат да станат много горещи. Това налага използването на каучукови материали с по-висока температурна устойчивост, като например EPDM в допълнение към HNBR.
И да не забравяме: Каучукът се търси не само когато се използват тези системи. При производството на ротори от стъклопластови елементи вече се изискват профили, изработени от силиконова, бутилова или EPDM гума.
Соларни системи
Разбира се, соларните инсталации се нуждаят и от уплътнения, които държат модулите на място и гарантират, че няма да проникне дъжд. Вертикалните уплътнения, които държат няколко фотоволтаични модула на разстояние, се изработват например от силиконов каучук или устойчив на атмосферни влияния EPDM.
Централните задачи по уплътняване обаче обикновено се изпълняват от друг материал. Соларните модули често се капсулират в етилен-винилацетатни (EVA) фолиа. Соларните модули са затворени в два слоя от този материал; когато филмът се разтопи, той затваря клетките напълно. EVA е изключително прозрачен и устойчив на атмосферни влияния и има широк прозорец за обработка; въпреки че не е класически еластомер, той със сигурност може да се счита за „еластомерен“ материал, в зависимост от съдържанието на винилацетат. Понастоящем се правят и опити за замяна на EVA фолиото от изкопаеми източници с варианти с висок процент на „етилен от захарна тръстика“ на биологична основа.
А за да се предотврати плъзгането на стилните слънчеви панели по стилните плоски покриви, монтьорите обичат да използват подложки от EPDM: те осигуряват допълнително сцепление върху хлъзгави повърхности и предотвратяват изместването на модулите с течение на времето.
И докато сме на темата за сградите: Разбира се, термопомпите не могат да се справят без гума. Тук обаче се търсят по-скоро (устойчиви на атмосферни влияния) уплътнения и маркучи, които са достатъчно гъвкави дори при ниски температури, както и гумени подложки за потискане на вибрациите, които намаляват нежеланите вибрации от уредите.
Следователно каучукът е всичко друго, но не и „остарял“ материал. Без изключително високоефективни видове каучук енергийният преход и борбата с изменението на климата не биха били успешни.
На K 2025 Rubberstreet отново ще бъде витрина на иновативната сила и производителност на еластомерната индустрия. От 1983 г. насам тя е точка за контакт и ориентация за всички, които искат да научат повече за еластомерите (каучук и TPE) на K. Патрон на Rubber Street е wdk (търговското сдружение на германската каучукова промишленост).
