Zimowe operacje lotnicze to jedna z najbardziej kosztownych i wrażliwych części działalności linii lotniczych. Każda seria opadów śniegu uruchamia nagły wzrost zużycia płynów odladzających. Dlatego tak ważne jest nowe podejście, które nie polega na budowie kolejnych instalacji czy zakupie następnych beczkowozów wypełnionych chemią, ale na zmianie samej chemii płynu. Badacze wykazali, że dodanie niewielkiej ilości żelatora może zamienić klasyczny roztwór w inteligentny żel. Taki, który stabilnie przylega do skrzydła, gdy samolot stoi, a następnie samoczynnie rozpływa się w momencie startu, nie zakłócając aerodynamiki.
Koniec lodu na skrzydłach i wiecznych opóźnień? Ten żel może zmienić latanie zimą
W lotnictwie stosuje się dwa rodzaje chemikaliów do walki z lodem. Rzadkie płyny odladzające służą do zmywania już powstałej warstwy lodu. Zupełnie inną funkcję pełnią gęstsze płyny przeciwoblodzeniowe, które nanosi się na skrzydła i kadłub maszyny oczekującej na lot. Tworzą one cienką, ochronną powłokę, która zapobiega osadzaniu się nowego lodu. Problem w tym, że ta ochrona ma ściśle określony czas działania, zwany czasem utrzymania. Kiedy się kończy, samolot musi wrócić do hangaru na ponowną aplikację, co generuje ogromne opóźnienia i koszty.
Czytaj też: Silnik samolotowy zasili Twojego ChataGPT, bo AI zżera za dużo prądu. Czy to już nie przesada?
Z punktu widzenia praktyki operacyjnej kluczowe jest pojęcie czasu utrzymania, czyli przedziału, w którym po zakończeniu oprysku można jeszcze bezpiecznie wystartować. Ten parametr nie jest stały, a zależny od rodzaju użytego płynu, intensywności opadów, prędkości wiatru, temperatury powietrza i samej konstrukcji samolotu. W podręcznikach i wytycznych dla załóg funkcjonują szczegółowe tabele, w których dla każdego scenariusza pogodowego podany jest orientacyjny czas, po którym płyn przeciwoblodzeniowy przestaje spełniać swoją funkcję. W praktyce piloci i służby naziemne muszą być przy tym konserwatywni, bo lepiej zawrócić maszynę na ponowne odladzanie niż ryzykować start z niedostatecznie zabezpieczonymi powierzchniami nośnymi.
Obecnie używane płyny są w dużej mierze oparte na mieszaninach wody i monopropylenoglikolu, który odpowiada za obniżenie temperatury zamarzania. Są to rozwiązania sprawdzone, relatywnie bezpieczne i akceptowane przez przepisy, ale mają swoje ograniczenia. Aby uzyskać odpowiednią lepkość i czas ochrony, trzeba stosować duże ilości glikolu, co przekłada się na wysokie koszty oraz obciążenie środowiska zarówno na lotnisku, jak i w jego otoczeniu.
Kluczem do potencjalnej poprawy środków do walki z lodem w lotnictwie okazały się właśnie maleńkie cząsteczki zwane żelatorami o niskiej masie cząsteczkowej. Ich zdolność do tworzenia miękkich, żelowych struktur jest wykorzystywana od lat w balsamach czy klejach. Badacze tym razem wpadli na pomysł, by dodać je do standardowych płynów przeciwoblodzeniowych, używanych do zabezpieczania maszyn przed startem. Jak wynika z publikacji w czasopiśmie naukowym Langmuir, taka modyfikacja daje zaskakująco dobre rezultaty.
DBS na ratunek zamrażającym się samolotom
Odkrycie naukowców polega na wzbogaceniu tych właśnie płynów przeciwoblodzeniowych o żelator o nazwie DBS (Dibenzylidene-D-sorbitol) znany z przemysłu tworzyw sztucznych i kosmetycznego. Wystarczyła minimalna ilość, bo zaledwie 0,25 grama na litr gotowego preparatu, aby osiągnąć spektakularny efekt. Czas, przez jaki płyn pozostaje skuteczny, wydłużył się w testach niemal dwukrotnie. W praktyce oznacza to, że zamiast około godziny, samolot mógłby bezpiecznie czekać nawet dwie godziny, a ta dodatkowa godzina to nie drobna poprawa, a potencjalna rewolucja w logistyce zimowych operacji na zatłoczonym lotnisku.
Czytaj też: Dorzucili do akumulatorowych ogniw kuliste cząsteczki węgla. Tak przekuli marzenie przekute na rzeczywistość
Co ciekawe, żelator nie tylko wydłuża działanie płynu, ale też zachowuje się inteligentnie. Kiedy samolot stoi nieruchomo, substancja tworzy stabilną, ochronną warstwę. Gdy jednak maszyna rusza i nabiera prędkości, siły aerodynamiczne rozbijają strukturę żelu, zmieniając go z powrotem w płyn. To kluczowe, ponieważ eliminuje obawy, że lepka powłoka mogłaby zakłócić opływ powietrza wokół skrzydeł podczas startu. Testy symulacyjne potwierdziły, że po starcie żel po prostu znika, nie stanowiąc zagrożenia dla bezpieczeństwa lotu.
Tanie wzbogacenie chemii i długa droga do zastosowania
Przechodząc do kwestii ekonomicznych, rozwiązanie wydaje się wyjątkowo pragmatyczne. Żelatory są tanie i powszechnie dostępne, a ich dodanie do istniejących formuł nie wymagałoby od linii lotniczych inwestycji w nową infrastrukturę. Mógłby to być po prostu ulepszony skład, który trafia do znanych beczkowozów, które są “magazynem” substancji tuż przed ich zastosowaniem na samolotach.
Co ważne, nie mówimy tu o egzotycznych substancjach opracowanych wyłącznie do tego jednego zastosowania. DBS jest znany chemikom od ponad stu lat, a jego zdolność do tworzenia tak zwanych żeli supramolekularnych wykorzystywana jest m.in. w przemyśle tworzyw sztucznych i w różnych produktach codziennego użytku. Tak rozległe doświadczenie może ułatwić drogę do certyfikacji, bo regulator nie ma do czynienia z całkowicie nieznaną rodziną związków, lecz z modyfikacją już stosowanych technologii.
Czytaj też: Tradycyjne 48V legło w gruzach pod naporem AI. Przełom przyszedł z branży motoryzacyjnej
Oczywiście, między obiecującym badaniem laboratoryjnym a rutynowym użyciem na lotniskach świata jest długa droga. Konieczne będą testy w rzeczywistych, skrajnych warunkach pogodowych oraz proces certyfikacji, który w lotnictwie zawsze jest długi i kosztowny. Nie ma też gwarancji, że równie dobrze sprawdzi się w każdym typie płynu lub przy każdej kombinacji temperatury i wilgotności. Jednak mimo tych zastrzeżeń sama koncepcja jest niezwykle elegancka. Zamiast projektować zupełnie nową, skomplikowaną chemię, badacze wzięli istniejące rozwiązanie i za pomocą prostego, niedrogiego dodatku znacząco poprawili jego parametry.