4 июля 2023 года прошла церемония награждения премией «Европейский изобретатель», которая ежегодно присуждается Европейским патентным ведомством лучшим изобретателям Европы. Для этого было отобрано более 600 кандидатов со всего мира. В финал вышли представители из 12 государств, в том числе неевропейские страны – Индия, Китай, Австралия, США. В этой статье мы познакомим вас с инновациями, которые были отмечены на этом конкурсе.
Жиры в топливном баке: биодизельное топливо от Nestle
Одним из лауреатов в номинации «Промышленность» стала команда из компании Nestle. Группа ученых из финского филиала швейцарской транснациональной компании Nestle разработала технологию очистки растительных масел и животных жиров для их последующей переработки и получения дизельного топлива. Исследователи зарегистрировали серию патентов на свои изобретения в Европейском патентном ведомстве.
Биодизель может изготавливаться из различного сырья:
- шлам или отстой в резервуарах для хранения растительного масла;
- использованное масло и другие жиры, включая животные (отходы пищевой промышленности);
- лигноцеллюлоза, которую получают из отходов сельского хозяйства (например, биомасса кукурузы, соломы, шелуха просо), лесопильного производства.
Главным же компонентом в запатентованной технологии является талловый пек – остаток перегонки таллового масла, побочный продукт в целлюлозном производстве.
В более ранних разработках в качестве сырья для получения дизтоплива предлагалась совместная переработка пиролизного масла вместе с обычными ископаемыми углеводородами в установках каталитического крекинга. Биологическое сырье содержит меньше углерода, чем ископаемое топливо (нефть), а также включает большое количество ненужных примесей, поэтому нуждается в специальной обработке.
Ученые обнаружили, что совместная обработка пиролизного масла, биомассы и таллового пека позволяет получить более чистое сырье, которое можно использовать для производства моторного топлива и масел.
Как считают исследователи, такая технология прежде всего должна помочь решению климатической проблемы, связанной с выбросами углекислого газа при сжигании ископаемых углеводородов. Так, подсчитано, что в 2020 г. выбросы транспортной промышленности составили 20% от общего объема всех выбросов углекислого газа. И больше всего загрязнений приходится на грузовики средней и тяжелой грузоподъемности.
NExBTL (Neste Renewable Diesel) – это запатентованная технология компании Neste, которая позволяет превратить широкий спектр жиров и растительных масел в топливо и сократить выбросы парниковых газов на 75% по сравнению с использованием традиционного ископаемого топлива. По своему химическому составу Neste MY Renewable Diesel аналогично обычному топливу и совместимо со всеми видами дизельных двигателей.
Сейчас компания производит около 3,3 млн. тонн такого топлива и планирует нарастить объемы до 5,5 млн. тонн. Neste MY Renewable Diesel используется компаниями IKEA Finland и McDonald's, его можно купить некоторых европейских странах и в США.
Биоразлагаемая пластмасса спасет мир
Трудно представить современную жизнь без пластмассы: это целое семейство материалов, насчитывающее сотни видов с широким диапазоном свойств. Прочность, небольшой вес и дешевизна сделали пластмассу идеальным материалом для производства товаров и упаковок. Ежегодно во всем мире изготавливается более 300 миллионов тонн пластика.
Но большая часть пластмасс – одноразового использования. Выбрасывая пластмассовые вещи на свалку, люди мало задумываются о том, что их разложение в природе может длиться сотни лет. Это влечет за собой серьезные экологические последствия. Например, было подсчитано, что из-за пластикового загрязнения в океанах каждый год погибает более 400 000 морских млекопитающих. При разложении этот материал также выделяет вредные соединения.
Профессора Мишель Дюсселье и Берт Селс из бельгийского университетского центра Лёвен разработали более дешевый и экологичный способ производства биопластика на основе полимолочной кислоты или полилактида (PLA).
PLA – это один из основных биопластиков на рынке. Полимолочную кислоту получают из молочной кислоты. Ее выделяют из крахмала путем химического синтеза или ферментацией с помощью молочнокислых бактерий и некоторых грибков. Крахмал в промышленных масштабах можно получать из древесной стружки. Затем молекулы молочной кислоты «сшиваются» в лактид, который полимеризуется в PLA.
Сама технология получения PLA известна уже давно, но традиционный способ – это дорогостоящий двухстадийный процесс, в ходе которого образуется много отходов. По стоимости такая биопластмасса превосходит синтетическую в 3-7 раз, что и сдерживает ее распространение.
Технология, описанная в изобретении бельгийских ученых, позволяет сократить этот процесс до одной стадии с помощью цеолитного катализатора. Молочная кислота в порах катализатора непосредственно реагирует с лактидом за одну стадию при температуре на 100°C ниже, чем при традиционном методе. При этом не только экономится энергия, но и сам процесс становится более «чистым».
Коррозионностойкая сталь для автомобилей
Одна из проблем в автомобильной промышленности – это снижение массы деталей для сокращения общего веса транспортного средства. Однако просто уменьшить толщину деталей нельзя, так как при этом ухудшается прочность и безопасность, требования к которой, наоборот, увеличиваются. Нужно не только сделать детали более тонкими, но и одновременно повысить прочность и жесткость конструкции.
Как этого добиться?
Наиболее перспективным направлением является изготовление деталей из тонкой листовой стали с пределом прочности 1000-2000 МПа. Существующие технологии заключаются в следующем: заготовки вырезают из листового материала, затем нагревают и штампуют в прессе (придают нужную форму) при высокой температуре. В процессе штампования одновременно выполняется быстрое охлаждение – закалка, которая упрочняет металл.
У таких технологий есть недостатки: образуется слой окалины, который нужно удалить пескоструйной обработкой перед нанесением антикоррозионного покрытия, также необходимо сделать окончательную обрезку, во время которой могут повредиться кромка детали и отверстия.
Антикоррозионное покрытие тоже нужно наносить особым способом: стальные детали погружают в горячий алюминиево-кремниевый расплав. Такое покрытие менее стойкое, чем цинковое, и имеет неоднородную толщину.
Группа разработчиков из Австрии и Германии придумали способ изготовления автомобильных деталей из оцинкованной стали, которые прочнее в шесть раз. Основная сложность заключалась в том, что наносить цинк сразу во время прессования по обычной технологии невозможно, так как он испаряется при температуре выше 900ºС, которая необходима для штамповки.
Как выяснили исследователи, добавление небольшого количества алюминия в расплав цинка позволяет покрытию выдерживать более высокие температуры, используемые при закалке под давлением. Это происходит за счет образования очень тонкого слоя оксида алюминия на поверхности цинкового покрытия. На готовом изделии получается двухслойный антикоррозийный слой с высоким содержанием цинка и оксидов алюминия, магния, кремния и титана. Этот слой обладает превосходной химической стойкостью.
По новой технологии после штамповки не требуется удаление окалины, пескоструйная обработка, обрезка и нанесение покрытия, то есть снижается количество этапов обработки и удешевляется производство.
Сама технология была придумана уже давно, но долгое время вызывала сомнения у производителей. Заявки на изобретения разработчики подали в 2006-2011 гг., и лишь в 2020-2021 гг. они получили патенты из Европейского патентного ведомства.
Защита литий-ионных аккумуляторов от возгорания
Ранее мы уже писали о том, что электромобили становятся все более популярными, а в ближайшие 20 лет крупнейшие мировые производители автопрома вообще планируют отказаться от двигателей внутреннего сгорания.
Но одной из проблем электромобилей является то, что при возгорании литий-ионных аккумуляторов потушить их очень тяжело: чаще всего машина выгорает полностью. Особенно высок риск возгорания при зарядке аккумулятора.
Исследователи из китайской компании CATL, которая входит в тройку крупнейших производителей аккумуляторов, разработали предохранительное устройство, встраиваемое в аккумулятор автомобиля. Оно предотвращает замыкание перегруженной батареи.
В состав устройства входит откидная крышка, которая не расплавляется при нагреве аккумулятора. Она работает как барьер, рассеивающий и поглощающий тепло. Когда в результате перегрева в аккумуляторе повышается давление воздуха, крышка откидывается и соприкасается с проводящим полюсом в аккумуляторе, тем самым останавливая процесс зарядки.
Безопасное хранение водорода
Наряду с электромобилями, более экологичным видом транспорта по сравнению с традиционными бензиновыми двигателями считаются автомобили, работающие на водороде. Однако «зеленый водород» занимает больший объем и требует больших энергозатрат для сжатия и хранения. Проблема безопасной транспортировки и хранения газа тоже сдерживает развитие водородного транспорта.
Команда исследователей из Франции, в которую входит и наша соотечественница, доктор физико-математических наук Скрябина Наталия Евгеньевна, разработали безопасный способ хранения водорода. Они предлагают хранить взрывоопасный газ в виде гидридов металлов.
Для этого из сплава металлов (например, титан и хром) получают порошковый композитный материал с частицами размером 20-100 микрон. Этот материал при определенной температуре и давлении захватывает водород в свою кристаллическую решетку. Чтобы выделить газ обратно, композит нужно поместить в условия более низкого давления. Обратная реакция длится всего несколько минут.
Изменением микроструктуры сплава можно добиться сбалансированной кинетики процесса насыщения и освобождения водорода. Металлические «аккумуляторы» для хранения водорода предлагается делать в виде дисков, которые устойчивы при обращении с ними и не теряют водород с течением времени. Диски будут храниться в специальных резервуарах.
___________________________________________________________________________
Рассказываем про интеллектуальные права, кратко освещаем важные новости для бизнеса и делимся результатами своей работы. Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
___________________________________________________________________________
Другие статьи, которые могут быть вам интересны:
Как запатентовать идею в России
Сколько стоит патент на изобретение, полезную модель, промышленный образец
Как самостоятельно зарегистрировать свой бренд в Роспатенте
Услуги патентного поверенного при регистрации интеллектуальной собственности