När ett terrordåd eller ett fordon eller en industriolycka antänder bränsle, den resulterande branden eller explosionen kan vara förödande. I dag, forskare kommer att beskriva hur långa men mikroskopiska kedjor av polymerer kan läggas till bränslet för att avsevärt minska skadorna från dessa skrämmande incidenter utan att påverka prestandan.

Forskarna kommer att presentera sina resultat idag vid American Chemical Society (ACS) Spring 2019 National Meeting &Exposition.

Projektet motiverades av den 11 september, 2001, terroristattacker. På den dagen, passagerarplan lastade med bränsle kraschade in i tvillingtornen i New Yorks World Trade Center. Effekten satte igång en kedja av händelser som till slut slog ner byggnaderna, Julia Kornfield, Ph.D., säger.

När flygplanen träffade byggnaderna, deras bränsle förvandlades till dimma. Antändning av dimman blåste ut hundratals fönster (som gav mer luft för att mata elden), spruckna betongmembran mellan golv och avskalad isolering från stålbalkar, hon säger. Om bränsledimma inte hade inträffat, den första förstörelsen skulle inte ha varit lika allvarlig, och byggnaderna skulle ha kunnat stå emot de mindre skadorna, säger Kornfield, som studerar polymerer och flödesbeteende vid California Institute of Technology.

Efter attacken, en av hennes kollegor föreslog att tillsats av små mängder polymerer till bränsle kunde begränsa imma under en höghastighetspåverkan och minska risken för efterföljande brand eller explosion. Föranledd av förslaget, Kornfield och hennes team påbörjade en jakt på lämpliga polymerer som kunde skingra stötenergin som vanligtvis skulle bryta bränsledroppar till en dimma.

Andra forskare som strävar efter detta mål har utvecklat "ultralånga" polymerer som kan minska resultatet av en påverkan, vilket resulterar i svalare, kortare bränder. Dock, ultralånga polymerer är inte särskilt praktiska eftersom de stör motorns funktion, Kornfield konstaterar. De bryts också irreversibelt ner till mindre molekyler när de går genom rörledningar eller pumpar, förlorar effektivitet.

Som ett alternativ, hennes team skapade polymerer som reversibelt kan länka samman ände till ände via karboxylsyra och amingrupper för att bilda "megasupramolekyler, " som är lika långa som ultralånga polymerer men inte går sönder i rörledningar eller pumpar. Forskarna, som skapade videor om arbetet, var med och grundade startup-företaget Fluid Efficiency för att vidareutveckla polymererna och tillhandahålla prover för utvärdering till petrokemiska företag, smörjmedelstillverkare och rörledningsoperatörer.

Resultaten har varit uppmuntrande. Imma reducerades avsevärt i bränsle behandlat med polymererna, och efter att bränslet antänts, lågan självsläckt. Ett nyligen genomfört test tyder på att megasupra-molekyler som tillsätts vid ett raffinaderi eller bränsledepå skulle förbli aktiva efter att ha passerat mer än 600 miles av rörledning och hundratals pumpar, Kornfield säger, notera att ultralånga polymerer skulle ha förlorat det mesta av sin styrka efter 50 miles. "Detta är ett viktigt steg mot att tillhandahålla en tillsats som kan förbättra transportsäkerheten för alla användare som tar emot bränsle genom ett rörledningsnätverk utan oro för att skyddet gick förlorat under transporten, " förklarar hon.

Kornfields molekyler har andra fördelar. De förbättrar smörjningen och flödet genom rörledningar och slangar under bränsledistribution. Eftersom polymermolekylernas kolväteryggrad liknar bränslets, de förblir lösliga även vid låga temperaturer. Dessutom, molekylerna bryts upp i mindre när de passerar in i motorer och brinner med bränslet, så att de inte stör motorns prestanda. Som en oväntad bonus, tillsatsen minskar sotbildningen i dieselmotorer med 12 procent, enligt preliminära tester vid University of California, Riverside.

För närvarande, polymererna skulle lägga ett öre eller två till kostnaden för en gallon bränsle, vilket hon säger är lite dyrt. De vill gärna samarbeta med partners som kan sänka priset och testa molekylernas prestanda med en mängd olika bränslen. Den amerikanska armén planerar att studera användbarheten av tillsatserna i scenarier som involverar olika stötar och projektiler som improviserade sprängladdningar.