Guarnizioni senza PFAS, lubrificate con acqua
È già in programma la creazione di uno spin-off che commercializzi questi sviluppi
I ricercatori del Fraunhofer sono riusciti a sviluppare nuove guarnizioni sostenibili, prive di sostanze nocive per l'ambiente come i PFAS e adatte ai lubrificanti a base d'acqua.
Dalle eliche delle navi alle turbine eoliche e agli impianti di raccolta, le guarnizioni sono fondamentali per garantire la funzionalità di qualsiasi sistema tecnico con parti in movimento. Per aumentarne la durata, sono state realizzate principalmente con materie plastiche contenenti PFAS, mantenute con lubrificanti a base di petrolio. Questo vale per tutti i luoghi in cui vengono utilizzati, dalle centrali elettriche ai veicoli a motore. I difetti e i danni, quindi, non solo causano danni economici, ma possono anche avere un notevole impatto ambientale perché i lubrificanti e le sostanze chimiche entrano nell'ambiente.
Conosciute come "sostanze chimiche per sempre", le sostanze per- e polifluoroalchiliche, o PFAS in breve, si accumulano nell'ambiente, non possono essere scomposte e presentano anche rischi per la salute. L'imminente divieto nell'UE mette l'industria in una situazione ancora più difficile. Inoltre, solo in Germania si utilizzano ogni anno circa un milione di tonnellate di lubrificanti contenenti petrolio. Un solo litro può contaminare fino a un milione di litri di acque sotterranee. E questo si traduce in terreni oleosi, alimenti contaminati ed ecosistemi distrutti. Abbiamo cercato di trovare una soluzione che affrontasse tutte queste sfide insieme", spiega Matthias Trenn, responsabile del team Surface Structuring del Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT.
Guarnizioni lungimiranti a beneficio dell'ambiente
Il progetto è stato un successo completo: Con il finanziamento della Fraunhofer-Zukunftsstiftung (Fondazione Fraunhofer per il Futuro), i ricercatori dell'Istituto Fraunhofer per la Tecnologia Laser ILT e dell'Istituto Fraunhofer per la Meccanica dei Materiali IWM si sono uniti nel progetto pureWaterSeal per sviluppare guarnizioni lungimiranti che non solo sono prive di PFAS, ma sono anche adatte a lubrificanti a base d'acqua.
A tal fine, gli esperti del Fraunhofer IWM, guidati da Manuel Mee, responsabile del team Rivestimenti Tribologici, hanno sviluppato rivestimenti in carbonio simile al diamante (DLC) progettati per componenti in plastica privi di PFAS. In combinazione con la strutturazione laser del Fraunhofer ILT, i ricercatori hanno deliberatamente ridotto la tensione interna e il carico meccanico, non in modo uniforme dappertutto ma localmente in singoli punti. In questo modo si mantiene l'integrità strutturale del rivestimento, ottimizzandone al contempo le proprietà funzionali, come la resistenza all'usura e la riduzione dell'attrito. Di conseguenza, le guarnizioni hanno una durata di vita significativamente più lunga. La combinazione di rivestimento e microstrutturazione rende inoltre possibile l'uso di lubrificanti a base d'acqua, che in precedenza non era possibile.
"Lo sviluppo di queste guarnizioni è un passo importante per l'avanzamento dei metodi di produzione ecocompatibili, poiché i PFAS entrano nell'ambiente principalmente durante la produzione e non durante l'applicazione. Proteggiamo le risorse e gli ecosistemi utilizzando esclusivamente sostanze non nocive. Allo stesso tempo, le nostre guarnizioni si adattano in modo ottimale anche a sfide funzionali sofisticate", afferma Christof Koplin, responsabile del team Tribologia dei polimeri e materiali biomedici del Fraunhofer IWM.
Insieme per una rapida implementazione
Gli specialisti del Fraunhofer lavorano a stretto contatto con aziende partner che si occupano di diverse applicazioni, per garantire che la loro soluzione entri nella pratica industriale rapidamente, con successo e sulla base più ampia possibile. I primi prototipi sono già in uso nelle pompe delle centrali geotermiche. Ora l'obiettivo è trasferire il processo a impianti e sistemi più grandi e passare alla produzione in serie. Allo stesso tempo, i ricercatori ottimizzano costantemente le loro guarnizioni, mirando a diverse aree di applicazione e alle esigenze dei clienti. È già in programma la creazione di uno spin-off che commercializzi questi sviluppi.
I partecipanti al Laser World of Photonics 2025, che si terrà dal 24 al 27 giugno, avranno l'opportunità di conoscere la soluzione ecologica e le sue prospettive future. I ricercatori presenteranno i risultati del loro progetto presso lo stand congiunto della Fraunhofer-Gesellschaft, stand 431 nel padiglione A3.
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