خبرگزاریدانشکده شیمی دانشگاه فنی تهران free domainجامعه مجازی، شبکه اجتماعی، دوست یابی، دوستیابی، ثبت دامنه، ثبت دامین

از طرف همه برو بچه های دانشکده به تمای مردم دنیا....
|
تفلون؛ از بمب اتمی تا درون ماهیتابه ![]() تفلون نام تجاری پلی تترافلوئورواتیلن ، همان محصول چند میلیارد دلاری شركت دوپون است كه در موارد گوناگونی، از ماهیتابه های نچسب گرفته تا لباسهای فضایی و دریچه های مصنوعی قلب، استفاده شده است. كشف آن ناشی از تصادفی بود كه روی ج. پلانكت ( Roy.J. Plunkett) ، شیمیدان جوانی در شركت دوپون كه تنها دو سال قبل از روز سرنوشت ساز 6 آوریل سال 1938 ، دكترای خود را از دانشگاه ایالتی اوهایو گرفته بود، مشاهده كرد. در این روز دكتر پلانكت مخزنی از تترافلوئورَ واتیلن گازی ، باز كرد به این امید كه سرد كننده ای غیر سمّی از آن تهیه كند. اما پلانكت و دستیارش جك ریبوك با شگفتی دیدند كه گازی خارج نشد. پلانكت نمی توانست این پدیده را توجیه كند، چون وزن مخزن نشان می داد كه باید پر از فلوئوروكربن گازی باشد. پلانكت تصمیم گرفت به جای آنكه برای ادامه پژوهش در زمینه مواد سرد كننده ، مخزن را دور بیندازد و مخزن جدیدی بگیرد، كنجكاوی اش را در باره آن مخزن خالی ارضاء كند. وقتی سیمی به دریچه مخزن وارد كرد و مطمئن شد كه اشكالی ندارد، مخزن را اره كرد و به درونش نگاهی انداخت. در آنجا گرد سفید مومی شكلی پیدا كرد و چون شیمیدان بود، فهمید كه ممكن است این مشاهده چه معنایی داشته باشد. مولكولهای تترافلوئورواتیلن گازی به حدی با یكدیگر تركیب ( پلیمریزه) شده بودند كه ماده جامدی تشكیل دادند. هیچ كس تا آن هنگام پلیمریزاسیون این تركیب بخصوص را مشاهده نكرده بود، اما با این حال واكنش به نحوی در مخزن خالی مرموز صورت گرفته بود. چندی نگذشت كه این كشف تصادفی و ویژگی های عجیب پلیمر به دست آمده، پلانكت و دیگر شیمیدانان شركت دوپون را واداشت تا راههایی پیدا كنند كه پلی تترافلوئور واتیلن را برحسب نیاز تولید كنند. واقعاً هم كه این گرد سفید مومی شكل ویژگیهای عجیبی داشت: از شن هم خنثی تر بود. نه تحت تأثیر اسیدها و بازی های قوی قرار می گرفت، نه حرارت. هیچ حلّالی هم آن را حل نمی كرد اما بر خلاف شن بسیار لیز بود. با وجود این ویژگی های جالب وغیرعادی، اگر جنگ جهانی دوم در نگرفته بود، چه بسا به دلیل گرانی این پلیمر جدید، تا مدتها بعد كار دیگری در زمینه آن صورت نمی گرفت. اما چند ماهی نگذشته بود كه دانشمندانی كه مشغول ساختن نخستین بمب اتمی بودند ، احیتاج به ماده ای پیدا كردند تا بتوانند از آن واشرهایی بسازند كه در برابر گازِ بسیار خورنده هگزافلوئورید اورانیم، كه برای تولید اورانیم 235 بمب مصرف می شد، مقاوم باشد. از قضا سرهنگ لزلی ر. گرووز، مسئول بخش طرح بمب اتمی در ارتش ایالات متحده، از طریق آشنایانی كه در شركت دوپون داشت از پلاستیك جدیدشان كه فوق العاده خنثی بود، خبردار شد. وقتی به گرووز گفته شد ممكن است این پلاستیك جدید گران تمام شود، پاسخ داد كه در این طرح ، قیمت به هیچ وجه مطرح نیست. بدین ترتیب این پلیمر لغزنده در واشرها و دریچه ها به كار رفت، و واقعاً هم نسبت به تركیب خورنده اورانیم مقاوم بود. شركت دوپون در طی جنگ، تفلون را برای این كاربرد تولید كرد و عموم مردم تا بعد از جنگ هم چیزی درباره این پلیمر جدید نمی دانستند. ![]() در واقع در سال 1960 بود كه نخستین ماهیتابه ها و ظروف شیرینی پزی پوشیده از تفلون به بازار آمدند. این فرآورده های تفلونی مانند بسیاری از محصولات پلیمری جدید موقعی كه نخستین بار به مردم معرفی شدند، چندان نتایج امیدوار كننده ای نداشتند. گرچه این پلاستیك به عنوان یك سطح خوراكپزی نچسب بسیار مناسب بود، اما به سختی به ظروف فلزی پیوند می شد، بنابراین در برابر شست و شوی زنان خانه داری كه عادت داشتند دیگ و ماهیتابه هایشان را محكم بسابند، مقاوم نبود. پس از آنكه روشهای گوناگونی امتحان شدند و چهار نسل پوشش تفلونی به تولید رسیدند، دوپون در سال 1986 اعلام كرد سیلورستون سوپرای آنان دو برابر مقاومتر از نسل سوم سیلورستون است. در همین ضمن كاربردهای متعدد دیگری كشف شده بودند كه دیگر پوشاندن ظروف خوراكپزی را نسبتاً بی اهمیت جلوه می دادند. روی ج. پلانكت در سال 1910 در نیوكاركایل اوهایو به دنیا آمد. در سال 1932 از دانشكده منچستر لیسانس گرفت، و وقتی در بحران بزرگ دهه 1930 نتوانست كاری برای خود دست و پا كند، در دانشگاه ایالتی اوهایو به ادامه تحصیل مشغول شد. چه در دانشكده و چه در دانشگاه، همكلاسی و دوست شیمیدان مشهور دیگری به نام پل فلوری بود. پل ج. فلوری به سبب موفقیت هایش در شیمی – فیزیك پلیمرها جایزه نوبل1974 را برد. در سال 1936 روی پلانكت پس از اخذ درجه دكترا از دانشگاه ایالتی اوهایو در آزمایشگاه جكسون شركت دوپون مشغول به كار شد، و وظیفه پژوهش در زمینه فلوئوروكربنها را به عنوان مواد سرد كننده بر عهده گرفت. در طی این پژوهش بود كه شیمیدان جوان تفلون را كشف كرد. پژوهش های بیشتر در زمینه تفلون به بخش های دیگر شركت دوپون كه سابقه طولانی تری در زمینه فرآورده های پلیمری داشتند محوّل شد. پلانكت كار خود را به عنوان شیمیدان ادامه داد و متعاقباً در شركت دوپون پله های ترقی را در زمینه فلوئوروكربنها و تتراتیل سرب طی كرد. هنگامی كه مدیریت بخش فرآورده های فرئون شركت دوپون را عهده دار بود، نقش مهمی در برپایی كارخانه ای درنزدیكی بندر كورپوس كریستی تگزاس داشت. وقتی در سال1975 از دوپون بازنشسته شد، به منزلی در یكی از جزایر نزدیك كورپوس كریستی نقل مكان كرد و اكنون با همسرش اوقاتش را به گلف و ماهیگیری می گذراند. دانشگاههای محل تحصیل او، یعنی دانشكده منچستر و دانشگاه ایالتی اوهایو، و نیز دانشكده واشنگتن، به او دانشنامه دكترای افتخاری اعطا كرده اند. از افتخارات دیگرش می توان از نشان جان اسكات از شهر فیلادلفیا، و جوایزی از انجمن ملی تولید كنندگان، انجمن صنعت پلاستیك، و انجمن شیمیدانان امریكا نام برد. مجسمه او در سال1973 در تالار مشاهیر صنعت پلاستیك و در 1985 در تالار مشاهیر مخترعان ملّی برپا شد. اما او گذشته از این عناوین، بیشتر به تاثیری كه تفلون به طرق گوناگون بر زندگی میلیونها نفر در سراسر جهان داشته است، افتخار می كند. او می گوید آن قدر كسانی كه ضربانساز یا سرخرگ آئورت تفلونی در بدنشان تعبیه شده و امروز جانشان نجات یافته است برایش نامه می فرستند و تلفن می كنند كه به قول خودش نمی تواند از پس آنها برآید. چون تفلون از معدود موادی است كه بدن ، آن را در هنگام پیوند رد نمی كند. از آن می توان در ساخت قرنیه های مصنوعی، استخوانهای جایگزین برای چانه، بینی، جمجمه، مفاصل ران و زانو، قطعات گوش، نای مصنوعی، دریچه های قلب، زرد پی ها، بخیه ها، مجاری صفراوی و دندانهای مصنوعی، استفاده كرد. از تفلون در پوشش بیرونی لباسهای فضانوردان استفاده شده است. تفلون ماده عایق كننده سیمها و كابلهای برقی است كه در برابر تابش شدید خورشید بر سطح ماه مقاومت كرده اند. مخروطه دماغه و دیگر سپرهای گرمایی سفینه های فضایی و نیز مخازن سوخت آنها از تفلون ساخته شده اند. همه این كاربردهای مهم و ارزشمند، ثمره كشف بخت یارانه روی پلانكت بوده اند. آری، تصادفی بیش نبود، اما فقط به سبب كنجكاوی و ذكاوت مردی كه این تصادف برایش اتفاق افتاد، به اكتشافی تبدیل شد. اشاره آنچه باعث شد اصلاً وظیفه تركیب سرد كننده ای از فلوئور به روی پلانكت داده شود، خود اتفاق بخت یارانه دیگری بود. در سال 1928، چارلزف. كترینگ ( ملقب به رئیس ) از بخش مواد سرد كننده جنرال موتورز، جست وجو به دنبال سرد كننده بی خطری را آغاز كرد- تركیبی كه بی رنگ، بی بو، بی طعم، غیرسمّی و غیر آتشگیر باشد، تا جایگزین مواد سمّی و زیانمندی نظیر آمونیاك و دی اكسید گوگرد كه در آن هنگام در یخچالها استفاده می شدند بشود. توماس میجلی و آلبرت هن پس از بررسی دقیق منابع و مراجع شیمی نتیجه گرفتند كه گرچه گاه گزارش شده بود تركیبات فلوئور سمّی اند، اما شاید برخی از تركیبات فلوئوروكلرداركربن مناسب باشند. برای آنكه میجلی و هن این گزارشها را تایید كنند، لازم بود نمونه هایی از كلروفلوئوروكربن های ساده تهیه و آنها را در آزمایش های جانوری امتحان كنند. آنان از یكی از انبارهای مواد شیمیایی تقاضای پنج بطری 30 گرمی تری فلوئورید آنتیموان كردند ( یعنی تمام ذخیره ای كه از این ماده شیمیایی در ایالات متحده وجود داشت!). یكی از این پنج بطری را به طور اتفاقی برگزیدند و از آن برای تهیه كلروفلوئوروكربن استفاده كردند. یك خوكچه هندی را زیر ظرفی شیشه ای كه تركیب كلروفلوئوروكربن گازی در آن بود گذاشتند و دیدند كه جانور به هیچ وجه تحت تأثیر گاز قرار نگرفت. این مشاهده گمان آنان را مبنی بر سمّی نبودن تركیبات آلی فلوئوردار اثبات كرد. شیمیدانان برای تأیید این آزمایش نمونه های دیگری از گاز كلروفلوئوروكربن را با استفاده از بقیه بطری های تری فلوئورید آنتیموان تهیه و همین آزمایش را روی خوكچه های هندی تكرار كردند. در همه این آزمایشها خوكچه ها مردند! بررسی دقیق تر نشان داد كه در تمام بطری های تری فلوئورید آنتیموان جز یكی آب وجود داشت. آبی كه در چهار پنجم نمونه ها بود منجر به تولید گاز مرگبار فسژن شد (كلرفسژن از كلرید آلی استفاده شده به همراه تری فلوئورید آنتیموان كه ماده اولیه تهیه كلروفلوئوروكربن بود تأمین شد). بنابراین علت مرگ جانوران وجود فسژن بود. اگر میجلی و هن تصادفاً در نخستین آزمایش جانوریشان شیشه ی تری فلوئورید آنتیموان خشك را انتخاب نمی كردند، چه بسا خیال استفاده از كلروفلوئوروكربن ها را به عنوان مواد سرد كننده ای از سر به در می كردند و گزارش های ( نادرست) قبلی را مبنی بر سمّی بودن این تركیبات می پذیرفتند. اما سرمایه گذاری مشترك شركت های جنرال موتورز و دوپون منجر به تأسیس بخش فرئون دردوپون برای تحقیق و توسعه شیمی كلروفلوروكربنها شد، و در آنجا بود كه روی پلانكت تفلون را كشف كرد. | |
|
|
![]()
آنچه امروزه ذهن بسياري از توليدكنندگان نفت جهان را به خود مشغول كرده، چگونگي افزايش عرضه است. توليدكنندگان عمده ناچارند براي برطرف ساختن نيازهاي بازار- كه برآورد شده از حجم كنوني85 ميليون بشكه در روز به120 ميليون بشكه تا سال2030 مي رسد- از تجهيزات و امكانات به مراتب پيچيده تري استفاده كنند.
بسياري از ميدان هاي عمده نفت و گاز جهان، چندين دهه است كه به طور مداوم مورد بهره برداري قرار گرفته اند. از اين رو استخراج نفت و گاز بيشتر از اين ميدان ها، مقوله اي بس پيچيده و دشوار مي نمايد. علاوه براين، انتظار مي رود آن دسته از ميدانهايي كه در دست اكتشاف قرار دارند يا بناست توسعه يابند، استحصال و خروجي كمتري داشته باشند. اينجاست كه مبحث جديدي به نام »چاههاي هوشمند« و »استخراج هوشمندانه نفت و گاز« مطرح مي شود. كارشناسان انرژي معتقدند بازار آينده نفت و گاز در دست توليدكنندگاني خواهد بود كه از فناوري هاي هوشمند در امر اكتشاف و استخراج بهره بگيرند.
چندي پيش »ياپ فان بالگوين« مدير برنامه ميدان هاي هوشمند در كمپاني شل، طي يك كنفرانس شبكه اي زواياي جديدي از اين فناوري را نمايان ساخت.
بالگوين در بخشي از سخنانش گفت: خبر خوش اين است كه ما مي دانيم بخش عمده نفت، كجا خوابيده است. اين نفت درهمان محل هايي قرار دارد كه ساليان سال مورد استخراج و بهره برداري قرار داشته است.
به گفته بالگوين، كمپاني نفتي شل استفاده از نسل جديدي از تجهيزات ويژه چاههاي نفت را با هدف افزايش توان بازيابي و استخراج و توسعه ميدان هاي حاشيه اي با هزينه هاي به صرفه و اقتصادي آغاز كرده است. اين امر با ارايه اطلاعات واقعي و دقيق از جريان استخراج، كمپوزيسيون سيالات ساختاري و فشار و دماي داخل چاه به مهندسان و اپراتورها ميسر شده است.
براساس تحقيقات»مجمع پژوهشي انرژي كمبريج« (CERA) ،با بهره گيري از اين فناوري مي توان حجم بازيابي و استخراج (ريكاوري) از ميدان هاي نفتي را تا8 درصد افزايش داد كه البته حجم بسيار كلاني است.
بالگوين در رابطه با برآورد اين مجمع پژوهشي گفت: شركت شل دريافته است كه اين ادعا، صحت دارد. در بهره گيري از فناوري جديد، ما حتي به منافعي دست يافته ايم كه هرگز پيش بيني نكرده بوديم. البته بايد اذعان داشت كه كسب بهترين نتيجه منوط به كنار هم گذاشتن تمام عناصر لازم از جمله مقياس، نمونه سازي، تصميم گيري و اجراست. شاخص هاي بهره برداري هوشمند از يك ميدان نفت و گاز اين است كه ابتدا ذخاير ميدان را اندازه بگيريد، سپس از محتويات، فعل و انفعالات و هر آنچه در اين ميدان ممكن است در جريان باشد نمونه سازي كنيد، آنگاه مجموعه تصميم هاي خود را اتخاذ كنيد و سپس وارد مرحله اجراي تصميمات شويد.
در حقيقت دستاورد كمپاني شل از فناوري جديد بسيار فراتر از آماري است كه مجمع پژوهشي انرژي كمبريج تخمين زده. توان استخراج ذخاير نفتي در حوزه عملياتي شل در كشور كوچك اما نفت خيز برونئي، پس از به كارگيري فن آوري هوشمند20 درصد افزايش يافته است. امروزه در برونئي تمام چاههاي نفتي تحت فناوري هوشمند فعال هستند.
به خاطر پيچيدگي مطالعات زمين شناسي در برونئي، تا چندين سال بعد از اكتشاف نفت در اين كشور سال(1975)، هيچ استخراجي صورت نگرفت. در واقع حفر چاههاي هوشمند بود كه صنعت نفت را در اين كشور احيا كرد.
دامنه امتيازهاي فناوري چاههاي هوشمند بسيار گسترده است و بخشهاي مختلف از جمله اكتشاف، حفاري و استخراج را در بر مي گيرد.
به لطف اين فناوري، سكوهاي نفتي كمتري ساخته مي شوند و حجم تردد و آمد و شد نيروي انساني نيز كاهش محسوسي پيدا مي كند. در نتيجه دخالت و نقطه تماس انسان با محيط زيست هم كاهش مي يابد. بنا به آمار رسمي، شركت شل تا پايان سال2004 ميلادي، بالغ بر900 ميليون دلار از محل
بهره گيري از چاههاي هوشمند در خليج مكزيك، برونئي، مالزي و درياي شمال اضافه درآمد كسب كرد. بخش عمده اين اضافه درآمد در پي كاهش هزينه هاي انساني، كاهش دخالت فيزيكي، صرفه جويي دروقت به ويژه در چاههاي آب عميق و جبران ضرر ناشي از تأخير در تحويل(به سبب دشواري هاي استخراج) حاصل شده است.
در حال حاضر فناوري چاههاي هوشمند با عناوين مختلفي در اختيار شركت هاي نفتي عمده و مطرح قرار گرفته است. به عنوان مثال سيستم استخراج هوشمند در كمپاني پتورو(PETORO) با عنوان Smart Operations (عمليات هوشمند) شناخته مي شود. شركت »هايدرو« (Hydro) نام
»eOperations« (عمليات الكترونيكي) را براي سيستم خود انتخاب كرده و كمپاني »اسكلومبرگر« (Schlumberger) نيز عنوان چاههاي هوشمند را روي سيستم خود گذاشته است، ولي ماهيت كار در تمامي اين سيستم ها يكسان و مشابه است. هوشمندي يك چاه برگرفته از عملكرد حسگرهايي است كه بر جريان مايعات داخل چاه، به ويژه از نظر تركيب آب و نفت نظارت مي كنند. نسبت و حجم جريان، فشار و دماي داخل چاه توسط اين سنسورها چك مي شود و تصويري دقيق از آنچه صدها متر زيرزمين در جريان است، در اختيار اپراتور قرار مي گيرد.
اوج رقابت سيستم هاي هوشمند، اما، در فلات قاره نروژ نمود دارد. جايي كه با3/9 ميليارد متر مكعب ذخيره نفت برآورد شده، به عرصه اي براي جولاندهي غول هاي نفتي جهان تبديل شده است. براي مثال، كمپاني»استت اُيل« كه هم اكنون با متوسط ضريب استخراج45 درصدي از چاههاي دريايي فلات قاره نروژ بهره برداري مي كند اعلام كرد با سيستم هاي هوشمند خود اين ضريب را تا سال2008 به55 درصد خواهد رساند. در خاورميانه عربستان سعودي پيشگام استفاده از چاههاي هوشمند است. در همين حال عمان نيز اعلام كرده كه با فن آوري هوشمند حجم استخراج نفتي خود را تا50 درصد افزايش داده است.
اگر چه فن آوري جديد با كاهش تداخل انساني در عمليات اكتشاف و استخراج، سود فراواني را عايد شركتهاي نفتي كرده است اما به عقيده تمام كارشناسان هنوز با ايده به »صفر رساندن تداخل انساني« فاصله فراوان دارد.
ممكن است تجهيزات هوشمند امروزي از حضور فيزيكي انسان در محل پروژه كاسته باشند، اما نبايد فراموش كرد، همين تجهيزات ابتدا نياز به اپراتور و سپس نياز به تعمير و نگهداري دارند. »ياپ فان بالگوين« معتقد است:
»روزي خواهد رسيد كه تمام تجهيزات و دستگاهها را به طور اتوماتيك كنترل كنيم. اما فعلاً هنوز به حضور و مداخله فيزيكي نيروي انساني نياز داريم.«
فناوري هوشمند در صنعت نفت البته تنها به چاههاي نفتي محدود نمي شود. بنا است اين فناوري در آينده نزديك به خطوط لوله هم سرايت كند. آنچه در اين عرصه مطرح است، به كارگيري سنسورهايي است كه بتوانند روي خطوط لوله زيرزميني سوار شده و به صورت چهار بعدي بر اتفاقات زير زمين نظارت كنند. توسط اين سنسورها مي توان دريافت كه در كدام قسمت، آب با نفت تلاقي دارد، آن گاه مي توان جريان آب را با لوله هاي هوشمند از مسير نفت دور كرد. همچنين مي توان اعماق چاههاي قديمي را از نظر حجم آب تركيبي با نفت بررسي كرد و دريافت كه آيا دور كردن مسير آب از نفت ميسر است يا خير.
طبيعي است كه روشن شدن اين مسأله نقش مهمي در آينده بهره برداري از چاههاي نفتي دارد. شركتهاي نفتي اگر دريابند كه چاه مورد نظر آنها ديگر غنا و بهره دهي گذشته را ندارد، اقدام به توقف استخراج و بستن چاه مي كنند كه اين امر، به نوعي با كاهش ضرر و افزايش خالص درآمد مترادف است.