Ученые проанализировали процесс таяния льда и предложили безопасный для окружающей среды противообледенитель на основе пропиленгликоля и водного раствора формиата натрия. Он оказался эффективнее своих аналогов. Результаты исследования опубликованы в журнале Scientific Reports.
В холодных регионах противообледенители необходимы для безопасности: на дорогах, на взлетно-посадочных полосах аэропортов. Противообледенители работают за счет того, что содержащиеся в них соли взаимодействует с водой во льду. Работает это так: на поверхность льда специалисты наносят солевой раствор, который имеет более низкую температуру замерзания, чем вода. Лед начинает растворяться в солевом растворе и постепенно тает.
Современные противообледенители вредят окружающей среде. Например, в составе некоторых противообледенительных средств есть хлористые соединения, которые могут навредить почве, прилегающей к дорогам. Они также могут загрязнять воду и вызывать разъедание (коррозию) металлических конструкций: инфраструктуры, транспортных средств. Поэтому разработка противообледенителей с минимальным воздействием на окружающую среду очень важна.
С помощью машинного обучения японские ученые проанализировали, как в лед проникают 21 солевой раствор и 16 органических растворителей. Они использовали алгоритм машинного обучения XGBoost для построения моделей и затем метод для объяснения построенных моделей, SHAP. С помощью него авторы выявили три ключевых механизма таяния льда: понижение температуры замерзания, взаимодействие между антиобледенителями и молекулами воды и проникновение ионов в кристаллы льда.
Используя полученные данные, ученые разработали новое средство от обледенения на основе спирта пропиленгликоля и водного раствора соли формиата натрия. Они сравнили способность проникать в лед нового вещества с шестью другими доступными коммерческими противообледенителями. Смесь пропиленгликоля и водного раствора формиата натрия лучше всех проникала в лед. Оно оказалось более эффективным и безопасным для окружающей среды по сравнению с коммерческими аналогами. Так как смесь эффективнее аналогов, ее требуется меньше. Кроме того, она не вызывает коррозию.
Исследователи отмечают, что именно критерий способности реагента проникать в лед наиболее перспективен для улучшения характеристик противообледенителей.
«Разработка высокоэффективных противообледенителей, как ожидается, облегчит операции по борьбе с обледенением и антигололедными реагентами. Это также уменьшит воздействие на окружающую среду за счет снижения количества используемого противообледенителя», — рассказал Масахидэ Такахаси из Столичного университета Осаки.
Автор: Элина Яндиева.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
