UV-C Κρατώντας τα σκάφη πλοίων χωρίς βιοσυσσώρευση

Εικόνα 1: Το πρωτότυπο UV-C διατηρήθηκε καθαρό από την βιοσυσσώρευση στο λιμάνι της Μελβούρνης (Αυστραλία). Στα αριστερά βρίσκεται ένα συγκρότημα σιλικόνης αναφοράς χωρίς UV-C, το οποίο είναι απολύτως βιολογικό (προσφέρεται για δοκιμές στην ομάδα επιστήμης και τεχνολογίας της άμυνας).

Σχήμα 3: Σύγκριση μοντέλων προσομοιώσεων ακτινοβολίας UV στην επιφάνεια με αντίστοιχες δοκιμές βιοσυσσώρευσης. Αριστερά για πλάκα σιλικόνης με ένα μόνο LED, δοκιμασμένο σε ενυδρείο. Δεξιά για ένα πλήρες πρότυπο πάνελ δοκιμασμένο σε θαλάσσια κατάσταση. Οι κόκκινες γραμμές επισημαίνουν θέσεις με επίπεδο ακτινοβολίας 0,3mW / m2 που προβλέπεται από προσομοίωση.

Συνεργάτης: Ο Niek Hijnen (PhD) εργάζεται στην ομάδα τεχνολογίας των επικαλύψεων της AkzoNobel, με επίκεντρο την τεχνική ανάπτυξη της τεχνολογίας αντιρρυπαντικών UV-C καθώς και νέες τεχνολογίες για τη βελτίωση της αντιδιαβρωτικής απόδοσης των επιχρισμάτων. www.akzonobel.com

Previous Next

Η παρουσία βιοσυσσώρευσης στο κύτος ενός πλοίου αυξάνει την οπισθέλκουσα από το νερό κατά τη διάρκεια της ιστιοπλοΐας και κατά συνέπεια την κατανάλωση καυσίμου, με αποτέλεσμα αυξημένες εκπομπές CO2 καθώς και αυξημένο κόστος για τον πλοιοκτήτη. Τα χρώματα που εφαρμόζονται στις υποβρύχιες περιοχές στο κύτος των πλοίων επομένως συχνά περιέχουν βιοκτόνα για να εμποδίζουν την ανάπτυξη βιολογικής ρύπανσης ή να διαθέτουν ιδιότητες μη κολλήσεως, επιτρέποντας την απελευθέρωση της ρύπανσης όταν τα σκάφη επιταχύνουν.
Η AkzoNobel συνεργάζεται με τη Royal Philips για να αναπτύξει μια νέα τεχνολογία που χρησιμοποιεί μια εντελώς διαφορετική προσέγγιση σε σχέση με τα παραδοσιακά χρώματα που χρησιμοποιούνται στον έλεγχο βιοσυσσώρευσης στα κύτη των πλοίων. Χρησιμοποιεί ένα στρώμα που εκπέμπει υπεριώδη-C (UV-C) που εφαρμόζεται στις υποβρύχιες περιοχές της γάστρας για να διατηρεί την επιφάνεια καθαρή από ρύπανση. Η ακτινοβολία UV-C απενεργοποιεί ή καταστρέφει τους μικροοργανισμούς μέσω απορρόφησης από το DNA τους, μια ιδιότητα που εφαρμόζεται τακτικά σε συστήματα καθαρισμού νερού και αέρα, αποτρέποντας την προσκόλληση και την ανάπτυξη της βιοσυσσώρευσης.

Αυτή η νέα προσέγγιση έχει δείξει την ικανότητα να διατηρεί την επιφάνεια τελείως καθαρή από οποιαδήποτε βιοσυσσώρευση (Σχήμα 1), ένα επίπεδο πρόληψης ρύπανσης που δεν προσφέρεται από τα τρέχοντα συστήματα χρωμάτων. Αυτό συμβαίνει τόσο όταν το πλοίο ταξιδεύει και όταν είναι αγκυροβολημένο. Σταθερά πλακάκια πρωτοτύπων έχουν δοκιμαστεί σε όλο τον κόσμο και έχουν αποδειχθεί ικανά να παραμείνουν καθαρά σε διάφορες τοποθεσίες που είναι γνωστό ότι προκαλούν μεγάλη πρόκληση ρύπανσης, όπως η Σιγκαπούρη και ο Μεγάλος Barrier Reef στην Αυστραλία. Εκτός από τη μείωση των εκπομπών CO2 προσφέροντας απαράμιλλη απόδοση κατά της ρύπανσης, η τεχνολογία είναι μια λύση χωρίς βιοκτόνα και μηδενική VOC, που είναι άλλοι σημαντικοί στόχοι βιωσιμότητας.

Το UV-C εκπέμπεται από τα UV-LED, τα οποία είναι ενσωματωμένα σε έναν οδηγό φωτός σιλικόνης που βοηθά στη διανομή της ακτινοβολίας στην επιφάνεια. Τα πρωτότυπα είναι σήμερα κεραμίδια 30x30cm2 με πάχος 10mm, και έχουν ένα καλώδιο με ενσωματωμένο καλώδιο για τροφοδοσία. Για να βελτιστοποιήσετε την περιοχή που καθαρίζονται από τις επιμέρους λυχνίες LED, είναι διαμορφωμένες έτσι ώστε να εκπέμπουν πλαγίως στο επίπεδο. Ένα τμήμα του εκπεμπόμενου φωτός οδηγείται κατά μήκος της επιφάνειας από τον οδηγό φωτός, το οποίο μπορεί να αποδειχθεί με ένα εξωτερικό πράσινο λέιζερ με την δέσμη του να ακουμπά στην πλευρά του πίνακα (εικόνα 2).

Σχήμα 2: Σχηματική απεικόνιση της αρχής λειτουργίας της έννοιας UV-C. Στα δεξιά, καταδεικνύεται η αρχή του κυματοδηγού σε ένα δοκιμαστικό πίνακα. Στην τρέχουσα σχεδίαση, το ανακλαστικό υλικό εφαρμόζεται στον πυθμένα για να αντικατοπτρίζει το UV-C προς τα έξω, ενώ μερικά από αυτά αναπηδούν πίσω από την ολική εσωτερική ανάκλαση στη διεπαφή σιλικόνης-νερού. Μέρος της UV-C που οδηγείται κατά μήκος της επιφάνειας μπορεί να εξέρχεται από το στρώμα εκπομπής φωτός προς την εξωτερική επιφάνεια μέσω διάχυτης σκέδασης, επιτρέποντας την έκθεση των βιολογικών οργανισμών σε UV-C σε όλη την επιφάνεια.

Η γνώση των ιδιοτήτων των εξαρτημάτων, των υλικών που χρησιμοποιούνται και του σχεδιασμού του πλακιδίου επιτρέπει μια προσομοίωση μοντέλο των επιπέδων ακτινοβολίας UV-C σε όλη την επιφάνεια. Με τη σύνδεση δεδομένων από ένα μόνο δείγμα δοκιμής LED με πειραματικές παρατηρήσεις έκθεσης σε ρύπανση διαπιστώθηκε ότι μια χαμηλή ένταση UV-C μόνο περίπου 1mW ανά m2 βρέθηκε ότι είναι ήδη επαρκής για την πρόληψη της βιοκαύσης (αριστερό πλαίσιο του Σχήματος 3). Στη συνέχεια, αυτή η τιμή κατωφλίου μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε προσομοιώσεις μοντέλων για το σχεδιασμό ενός πολλαπλού LED που περιέχει το φως που εκπέμπει στρώμα, εξασφαλίζοντας ότι η τοποθέτηση των LED και άλλων παραμέτρων σχεδιασμού είναι τέτοια ώστε όλη η επιφάνεια διατηρείται απαλλαγμένη από ρύπανση (Εικόνα 3, δεξιός πίνακας) .

Τελικά, σε ένα πλοίο, η τεχνολογία θα εφαρμοστεί υπό δύσκολες συνθήκες λειτουργίας. Επιπροσθέτως, τα συστατικά μέσα στο στρώμα που εκπέμπει UV-C μπορεί σε ορισμένες θέσεις να εκτεθούν σε υψηλά επίπεδα ακτινοβολίας UV-C. Κατά συνέπεια, η επιλογή υλικού γίνεται κρίσιμη όταν πρέπει να ληφθεί υπόψη η ανθεκτικότητα, η επεξεργασία και η κατασκευή, καθώς και τα συνολικά κριτήρια σχεδιασμού που σχετίζονται με την τεχνολογία. Παρά τις δυσκολίες αυτές, ένα πρόσφατο πρωτότυπο έχει ήδη αποδειχθεί ότι εξακολουθεί να αποδίδει καλά μετά από σχεδόν δύο χρόνια συνεχούς λειτουργίας στον τομέα.

Ο κύριος όγκος του οδηγού φωτός αποτελείται από σιλικόνη, η οποία, όταν διαμορφώνεται κατάλληλα, μπορεί να παρουσιάζει υψηλή διαφάνεια UV-C με διαπερατότητα περίπου 80% ανά cm σε μήκος κύματος 275 nm. Αυτή η ιδιότητα είναι κρίσιμη για την απόδοση της τεχνολογίας, καθώς επιτρέπει τη διανομή του UV-C σε όλη την επιφάνεια για να φτάσει παντού τα σχετικά χαμηλά επίπεδα έντασης που διατηρούν την επιφάνεια καθαρή με τη χρήση περιορισμένου αριθμού LED. Ενώ είναι αρκετά ευέλικτο, βοηθώντας την εφαρμογή σε καμπύλες επιφάνειες, το στρώμα σιλικόνης προστατεύει επίσης τα ενσωματωμένα ηλεκτρονικά μέσα. Η μηχανική δοκιμή των πρωτοτύπων απέδειξε ότι τα ηλεκτρονικά μέσα στον οδηγό φωτός μπορούν να επιβιώσουν στις τυπικές δυνάμεις κρούσης που σχετίζονται με το χτύπημα ή το τρίψιμο με φτερά.

Θα χρησιμοποιηθεί συγκολλητική επένδυση για τη στερέωση του στρώματος εκπομπής φωτός στο κύτος ενός πλοίου. Ενώ επί του παρόντος, τα πρωτότυπα σχέδια είναι σχετικά παχιά (10mm), τελικά, τα σχέδια θα ήταν πιο κοντά στις τυπικές πολυστρωματικές μεμβράνες. Ακόμα, απαιτείται προσεκτική επιλογή του διαλύματος κόλλας. Για το σκοπό αυτό, εκτός από τις εργαστηριακές δοκιμές, γίνονται ειδικές δοκιμές στον τομέα για να εκτιμηθεί η απόδοση των συγκολλητικών ουσιών και να εξασφαλιστεί ότι το στρώμα που εκπέμπει φως παραμένει στη θέση του.

Τα πρωτότυπα νέας γενιάς που βρίσκονται σε εξέλιξη θα έχουν λεπτότερο σχέδιο (~ 4mm), χωρίς καλώδιο, και παρέχουν μεγαλύτερο μέγεθος πίνακα (περίπου 50x50 cm2). Η μορφή είναι ενεργοποιημένη από τις πρόσφατα διαθέσιμες λυχνίες UV-C με μια λεπτή πανοραμική συσκευασία, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί άμεσα για εκπομπή στο επίπεδο χωρίς να απαιτείται το επιπλέον βήμα της τοποθέτησης της συσκευασίας πλευρικά. Η επαγωγική σύζευξη τοποθετώντας την άκρη ενός κεραμιδιού πάνω από μια λωρίδα ισχύος θα χρησιμοποιηθεί για την τροφοδοσία των LED, παραλείποντας την ανάγκη για ένα καλωδιακό καλώδιο για τη σύνδεση κάθε κεραμιδιού. Επιπρόσθετα, θα βελτιωθούν τα υλικά για να αποφευχθούν τα τεχνουργήματα από τάσεις που προκύπτουν λόγω αλλαγών στις ιδιότητες των υλικών κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας.

Τα επόμενα βήματα για τη μετακίνηση της τεχνολογίας προς την αγορά θα αναπτύξουν μια κλιμακωτή κατασκευή, την παράταση της διάρκειας ζωής του προϊόντος και την πραγματική πλήρους κλίμακας εφαρμογή στα σκάφη. Τα νέα πρωτότυπα θα δοκιμαστούν σε επιχειρησιακά σκάφη ως συγκροτήματα πλακιδίων αντί για μεμονωμένα πλακάκια. Αυτό θα σας βοηθήσει να επιτρέψετε τη βελτιστοποίηση των διαδικασιών εγκατάστασης στο πεδίο, ενώ η εν χρήσει χρήση επιτρέπει την κατασκευή ενός ιστορικού απόδοσης. Με την επίτευξη επιτόπιων επιδόσεων δύο ετών, μπορεί να αναμένεται περαιτέρω βελτίωση. Η σταδιακή περαιτέρω βελτίωση της απόδοσης των οδηγήσεων UV-C (διάρκεια ζωής, αποδοτικότητα) θα αποτελέσει τη βάση για μελλοντικές λύσεις προϊόντων.

Συνδυάζοντας τις δυνατότητες και από τις δύο εταιρείες, η προετοιμασία αυτής της τεχνολογίας για την αγορά είναι πλέον μια παγκόσμια ομαδική προσπάθεια. Όταν η Royal Philips διαθέτει τεχνογνωσία και πνευματική ιδιοκτησία (IP) στο σχεδιασμό συστημάτων που χρησιμοποιούν υπεριώδεις ακτίνες LED, η AkzoNobel έχει πείρα στη χημεία των υλικών, την πρόσφυση και την προστασία της επιφάνειας. Η ανάπτυξη του συστήματος συνεπάγεται δραστηριότητες που συμβαίνουν στις ΗΠΑ, την Ευρώπη και την Ασία και ενώ τα κύτη πλοίων αποτελούν τον κύριο τομέα εφαρμογής που στοχεύει στις τρέχουσες προσπάθειες, οι δυνατότητες αυτής της τεχνολογίας υπάρχουν επίσης σε εξειδικευμένες εφαρμογές, όπως θαλάσσια σκεύη. Συνολικά, η τεχνολογία προσφέρει απαράμιλλη απόδοση πρόληψης ρύπανσης καθώς και οφέλη για τους στόχους βιωσιμότητας, αν και μια μεγάλη πρόκληση έγκειται στην προσπάθειά της να λειτουργήσει στην αγορά, αφού είναι τόσο διαφορετική από τις συμβατικές λύσεις. Τελικά, η συνεργασία και η εκπαίδευση είναι κρίσιμης σημασίας για να καταστεί αυτή η νέα και η νέα τεχνολογία επιτυχής στη ναυτιλιακή βιομηχανία.

Οι συγγραφείς:

Ο Niek Hijnen (PhD) εργάζεται στην ομάδα τεχνολογίας των επικαλύψεων της AkzoNobel, με επίκεντρο την τεχνική εξέλιξη της τεχνολογίας αντιρρυπαντικών UV-C καθώς και τις νέες τεχνολογίες για τη βελτίωση της αντιδιαβρωτικής απόδοσης των επιχρισμάτων. www.akzonobel.com

Ο Michel Jongerius (PhD) έχει 37 χρόνια εμπειρίας στις καινοτομίες της Philips στον τομέα της φωτολογίας και της τεχνολογίας κατασκευής. Επί του παρόντος, είναι διευθυντής έργου του έργου RunWell για αντιρρυπαντική υπεριώδη ακτινοβολία