V celosvetovom meradle je výsledkom výroby skla najmenej 86 miliónov ton oxidu uhličitého ročne. Nový typ skla s názvom LionGlass, ktorý vyvinuli výskumníci z Penn State, však ponúka potenciál znížiť tento uhlíkový výstup o 50 %. Nielenže toto inovatívne sklo vyžaduje na výrobu oveľa menej energie, ale má aj väčšiu odolnosť proti poškodeniu ako tradičné sodno-vápenato-silikátové sklo. Vedci stojaci za týmto prelomom nedávno podali patentovú prihlášku, čo znamená prvý krok k uvedeniu LionGlass na trh.

„Naším cieľom je, aby bola výroba skla dlhodobo udržateľná,“ povedal John Mauro, profesor materiálovej vedy a inžinierstva Dorothy Butt Enright v Penn State a hlavný riešiteľ projektu. „LionGlass znižuje použitie vsádzkových materiálov obsahujúcich uhlík a výrazne znižuje teplotu tavenia skla.“

Sodnovápenatokremičité sklo, bežné sklo používané v každodenných predmetoch od okien po sklenený riad, sa vyrába tavením troch základných materiálov: kremenného piesku, sódy a vápenca. Sóda je uhličitan sodný a vápenec je uhličitan vápenatý a obe uvoľňujú oxid uhličitý (CO2), skleníkový plyn, ktorý zachytáva teplo, keď sa topia.

„Počas procesu tavenia skla sa uhličitany rozkladajú na oxidy a produkujú oxid uhličitý, ktorý sa uvoľňuje do atmosféry,“ povedal Mauro.

Ale väčšina emisií oxidu uhličitého pochádza z energie potrebnej na ohrev pecí na vysoké teploty potrebné na tavenie skla. Pri LionGlass klesnú teploty topenia približne o 300 až 400 stupňov CelziaMauro vysvetlil, že to vedie k zníženiu spotreby energie približne o 30 % v porovnaní s tradičným sodno-vápenatým sklom.

LionGlass je nielen šetrnejší k životnému prostrediu, ale je aj pevnejší ako tradičné sklo. Výskumníci povedali, že boli prekvapení, keď zistili, že nové sklo, pomenované podľa maskota leva Nittanyho v Pensylvánii, má vyššiu odolnosť proti prasknutiu ako bežné sklo.

Niektoré svietidlá sklenených panelov majú takú silnú odolnosť proti prasknutiu, že sklo nepraskne ani pri silovom zaťažení jedného kilogramu diamantovej rúry Vickers. LionGlass je najmenej desaťkrát odolnejšie voči prasklinám ako štandardné sodnovápenaté sklo, ktoré vytvára praskliny pri zaťažení silou asi 0,1 kilogramu. Vedci vysvetlili, že limity LionGlass ešte neboli nájdené, pretože dosiahlo maximálnu záťaž, ktorú by vtláčacie zariadenie umožňovalo.

„Pokračovali sme vo zvyšovaní hmotnosti na LionGlass, kým sme nedosiahli maximálnu záťaž, ktorú by zariadenie umožnilo,“ povedal Nick Clark, postdoktorand z Maurovho laboratória. „Jednoducho sa to nezlomí.“

Mauro vysvetlil, že odolnosť voči prasklinám je jednou z najdôležitejších vlastností, ktoré treba testovať v skle, pretože takto materiál nakoniec zlyhá. V priebehu času sa na povrchu skla vytvoria malé praskliny, ktoré sa stanú slabými miestami. Keď sa kúsok skla rozbije, je to spôsobené slabinami spôsobenými prítomnými mikrotrhlinami. Dodal, že obzvlášť cenné je sklo, ktoré je v prvom rade odolné voči tvorbe mikrotrhlín.

„Odolnosť voči poškodeniu je obzvlášť dôležitá vlastnosť skla,“ povedal Mauro. „Zamyslite sa nad všetkými spôsobmi, akými sa spoliehame na pevnosť skla, v automobilovom a elektronickom priemysle, v architektúre a v komunikačných technológiách, ako sú káble z optických vlákien. Dokonca aj v zdravotníctve sa vakcíny skladujú v pevných, chemicky odolných sklenených nádobách.“

Mauro dúfa, že lepšia pevnosť LionGlass znamená, že produkty z neho vyrobené môžu byť ešte ľahšie. Pretože je LionGlass desaťkrát odolnejšie voči poškodeniu ako súčasné sklo, môže byť výrazne tenšie.

„Musíme byť schopní zmenšiť hrúbku a mať rovnakú úroveň odolnosti voči poškodeniu,“ povedal Mauro. „Ak máme ľahší výrobok, je to lepšie pre životné prostredie, pretože používame menej surovín a na jeho výrobu potrebujeme menej energie. Dokonca aj po prúde, na prepravu, znižuje energiu potrebnú na pohyb skla, takže je to výhra- víťazná situácia.“

Mauro poznamenáva, že výskumný tím stále posudzuje potenciál LionGlass. Podali patentovú prihlášku na celú rodinu skiel, čo znamená, že v rámci rodiny LionGlass existuje veľa kompozícií, z ktorých každá má svoje vlastné odlišné vlastnosti a potenciálne aplikácie. Teraz vystavujú rôzne formulácie LionGlass rôznym chemickým prostrediam, aby študovali, ako interagujú. Zistenia pomôžu tímu lepšie pochopiť, ako sa LionGlass používa na celom svete.

„Ľudia sa naučili vyrábať sklo pred viac ako 5000 rokmi a odvtedy je nevyhnutné priviesť modernú civilizáciu tam, kde je dnes,“ povedal Mauro. „Teraz sa nachádzame v čase, keď musíme pomôcť formovať budúcnosť, keďže čelíme globálnym výzvam, ako sú environmentálne problémy, obnoviteľná energia, energetická efektívnosť, zdravotná starostlivosť a mestský rozvoj. Sklo môže zohrávať zásadnú úlohu pri riešení týchto problémov.“ a sme pripravení prispieť.“