Un nuevo tipo de vidrio que es 10 veces más verde y más resistente al daño

Una muestra de LionGlass, un nuevo tipo de vidrio diseñado por investigadores de Penn State que requiere mucha menos energía para producir y es más resistente al daño que el vidrio estándar de silicato de cal y soda. Crédito: Adrian Berard/Penn State

A nivel mundial, la fabricación de vidrio resulta en la menor 86 millones de toneladas de dióxido de carbono anualmente. Sin embargo, un nuevo tipo de vidrio llamado LionGlass, desarrollado por investigadores de Penn State, ofrece el potencial de reducir esta emisión de carbono en un 50 %. La producción de este vidrio innovador no solo requiere mucha menos energía, sino que también tiene una mayor resistencia al daño que el vidrio tradicional de silicato de cal y soda. Los científicos detrás de este avance presentaron recientemente una solicitud de patente, lo que marca el paso inicial para llevar LionGlass al mercado.

“Nuestro objetivo es hacer que la fabricación de vidrio sea sostenible a largo plazo”, dijo John Mauro, profesor Dorothy Butt Enright de ciencia e ingeniería de materiales en Penn State e investigador principal del proyecto. “LionGlass reduce el uso de materiales de lote que contienen carbono y reduce considerablemente la temperatura de fusión del vidrio”.

El vidrio de silicato de cal sodada, el vidrio común que se usa en artículos cotidianos, desde ventanas hasta vajillas de vidrio, se fabrica fundiendo tres materiales básicos: arena de cuarzo, carbonato de sodio y piedra caliza. El carbonato de sodio es carbonato de sodio y la piedra caliza es carbonato de calcio, y ambos liberan dióxido de carbono (CO2), un gas de efecto invernadero que atrapa el calor, a medida que se derriten.

“Durante el proceso de fusión del vidrio, los carbonatos se descomponen en óxidos y producen dióxido de carbono, que se libera a la atmósfera”, dijo Mauro.

Pero la mayor parte de las emisiones de dióxido de carbono provienen de la energía necesaria para calentar los hornos a las altas temperaturas necesarias para fundir el vidrio. Con LionGlass, las temperaturas de fusión descienden entre 300 y 400 grados CelsiusMauro explicó que esto lleva a una reducción en el consumo de energía de aproximadamente un 30% en comparación con un vidrio sodocálcico tradicional.

LionGlass no solo es más respetuoso con el medio ambiente, sino que también es más fuerte que el vidrio tradicional. Los investigadores dijeron que se sorprendieron al descubrir que el nuevo vidrio, que lleva el nombre de la mascota Nittany Lion en Pensilvania, tenía una mayor resistencia al agrietamiento que el vidrio convencional.

Ciertos accesorios de paneles de vidrio tienen una resistencia al agrietamiento tan fuerte que el vidrio no se agrieta, incluso bajo una carga de fuerza de un kilogramo de tubo de diamante Vickers. LionGlass es al menos diez veces más resistente a las grietas que el vidrio sodocálcico estándar, que forma grietas bajo una carga de alrededor de 0,1 kilogramos de fuerza. Los investigadores explicaron que aún no se habían encontrado los límites de LionGlass, porque había alcanzado la carga máxima que permitiría el equipo de indentación.

“Seguimos aumentando el peso en LionGlass hasta que alcanzamos la carga máxima que permitía el equipo”, dijo Nick Clark, becario postdoctoral en el laboratorio de Mauro. “Simplemente no se romperá”.

Mauro explicó que la resistencia al agrietamiento es una de las cualidades más importantes para probar en vidrio porque así es como finalmente falla el material. Con el tiempo, el vidrio desarrolla pequeñas grietas a lo largo de la superficie, que se convierten en puntos débiles. Cuando un trozo de vidrio se rompe, se debe a las debilidades provocadas por las microfisuras que presenta. Agregó que el vidrio que es resistente a la formación de microfisuras en primer lugar tiene un valor particular.

“La resistencia al daño es una propiedad particularmente importante del vidrio”, dijo Mauro. “Piense en todas las formas en que confiamos en la resistencia del vidrio, en las industrias automotriz y electrónica, en la arquitectura y en la tecnología de las comunicaciones como los cables de fibra óptica. Incluso en el cuidado de la salud, las vacunas se almacenan en recipientes de vidrio fuertes y químicamente resistentes”.

Mauro espera que la resistencia mejorada de LionGlass signifique que los productos creados a partir de él puedan ser aún más livianos. Debido a que LionGlass es diez veces más resistente al daño que el vidrio actual, puede ser significativamente más delgado.

“Tenemos que poder reducir el espesor y tener el mismo nivel de resistencia al daño”, dijo Mauro. “Si tenemos un producto más liviano, es mejor para el medio ambiente, porque usamos menos materias primas y necesitamos menos energía para producirlo. Incluso aguas abajo, para el transporte, reduce la energía necesaria para mover el vidrio, por lo que es una ventaja”. ganar la situación.”

Mauro señala que el equipo de investigación todavía está evaluando el potencial de LionGlass. Han presentado una solicitud de patente para toda la familia de vidrio, lo que significa que hay muchas composiciones dentro de la familia LionGlass, cada una con sus propias características distintas y aplicaciones potenciales. Ahora están exponiendo diferentes formulaciones de LionGlass a una variedad de entornos químicos para estudiar cómo interactúan. Los hallazgos ayudarán al equipo a desarrollar una mejor comprensión de cómo se usa LionGlass en todo el mundo.

“Los humanos aprendieron a hacer vidrio hace más de 5.000 años y desde entonces se ha vuelto imperativo llevar la civilización moderna a donde está hoy”, dijo Mauro. “Ahora, estamos en un momento en el que debemos ayudar a dar forma al futuro, ya que enfrentamos desafíos globales como problemas ambientales, energía renovable, eficiencia energética, atención médica y desarrollo urbano. El vidrio puede desempeñar un papel vital en la solución de estos problemas, y estamos listos para contribuir”.