Введение
Процесс удаления льда, снега или инея с поверхности. Обледенение – это процесс удаления снега, льда или инея с поверхности. Антиобледенение – это нанесение химических веществ, которые не только удаляют лёд, но и остаются на поверхности, продолжая задерживать повторное образование льда в течение определенного времени или предотвращая прилипание льда, чтобы облегчить его механическое удаление. Обледенение может осуществляться механическими методами (соскабливание, сдвигание); путем применения тепла; с использованием сухих или жидких химических веществ, предназначенных для понижения температуры замерзания воды (различные соли или рассолы, спирты, гликоли); или путем сочетания этих различных техник.
Deicing is the process of removing snow, ice or frost from a surface. Anti icing is the application of chemicals that not only deice but also remain on a surface and continue to delay the reformation of ice for a certain period of time, or prevent adhesion of ice to make mechanical removal easier. Deicing can be accomplished by mechanical methods (scraping, pushing); through the application of heat; by use of dry or liquid chemicals designed to lower the freezing point of water (various salts or brines, alcohols, glycols); or by a combination of these different techniques.
Дороги
В 2013 году в Северной Америке для борьбы с обледенением дорог было использовано около 14 миллионов тонн соли. Традиционно для борьбы с обледенением дорог применяют соль, которую распространяют снегоуборочные машины или самосвалы, предназначенные для этой цели, часто смешивая ее с песком и гравием на скользких участках. Обычно используется хлорид натрия (каменная соль), так как он недорогой и доступен в больших количествах. Однако, поскольку соленая вода все еще замерзает при 0°C, она бесполезна при температурах ниже этой отметки. Кроме того, соль способствует коррозии, вызывая ржавчину стали, используемой в большинстве транспортных средств, и арматуры в бетонных мостах. В зависимости от концентрации, она может быть токсична для некоторых растений и животных, поэтому некоторые города отказались от ее использования. Более современные системы плавления снега используют другие соли, такие как хлорид кальция и хлорид магния, которые не только понижают температуру замерзания воды до значительно более низких значений, но и вызывают экзотермическую реакцию. Они несколько безопаснее для тротуаров, но излишки все равно следует удалять. В последнее время были разработаны органические соединения, которые снижают негативное воздействие солей на окружающую среду и обладают более длительным остаточным эффектом при нанесении на дороги, как правило, в сочетании с рассолом или твердой солью. Эти соединения часто являются побочными продуктами сельскохозяйственного производства, например, при переработке сахарной свеклы или дистилляции этанола. К другим органическим соединениям относятся древесная зола и противогололедная соль – ацетат кальция-магния, получаемый из травы вдоль дорог или даже кухонных отходов. Кроме того, смешивание обычной каменной соли с некоторыми органическими соединениями и хлоридом магния позволяет получить материалы, которые эффективно работают при гораздо более низких температурах и с меньшей скоростью расхода на единицу площади. Для поддержания температуры дорожного покрытия выше точки замерзания воды используются солнечные дорожные системы. Система труб, встроенных в дорожное полотно, собирает солнечную энергию летом, передает тепло в теплоаккумуляторы и возвращает его на дорогу зимой. Этот автоматизированный способ сбора, хранения и передачи возобновляемой энергии позволяет избежать экологических проблем, связанных с использованием химических веществ. В 2012 году было предложено использовать супергидрофобные поверхности, способные отталкивать воду, для предотвращения образования льда, что приводит к ледоотталкивающим свойствам. Однако не каждая супергидрофобная поверхность обладает ледоотталкивающими свойствами, и эта технология все еще находится в разработке.
Поезда и переключатели рельсов
Поезда и железнодорожные стрелки в арктических регионах могут испытывать серьезные проблемы из-за намерзания снега и льда. Для обеспечения их работоспособности в холодные дни необходим постоянный источник тепла. На поездах обогрев в первую очередь требуется тормозам, подвеске и сцепным устройствам для предотвращения обледенения. На путях наиболее чувствительны к образованию льда стрелочные переводы. Мощные электрические обогреватели предотвращают образование льда и быстро растапливают уже образовавшийся. Предпочтительно изготавливать обогреватели из материалов с положительным температурным коэффициентом сопротивления (PTC), например, из резиновых PTC-нагревателей, чтобы избежать перегрева и возможного выхода из строя. Эти обогреватели саморегулирующиеся и не требуют регулирующей электроники; они не могут перегреться и не нуждаются в защите от перегрева.
Полоса аэропорта
Операции по антиобледенительной обработке аэродромного покрытия (взлетно-посадочных полос, рулежных дорожек, перронов, мостов рулежных дорожек) могут включать в себя различные типы жидких и твердых химических реагентов, в том числе пропиленгликоль, этиленгликоль и другие органические соединения. Соединения на основе хлоридов (например, соль) не используются в аэропортах из-за их коррозионного воздействия на воздушные суда и другое оборудование. Смеси мочевины также применялись для антиобледенительной обработки покрытия благодаря их низкой стоимости. Однако мочевина является серьезным загрязнителем водных объектов и наносит вред дикой природе, поскольку после применения она разлагается до аммиака, и ее использование в аэропортах США в значительной степени прекращено. В 2012 году Агентство по охране окружающей среды США (EPA) запретило использование антиобледенительных реагентов на основе мочевины в большинстве коммерческих аэропортов.
Химические вещества для обезоблеживания
Все химические реагенты для борьбы с обледенением имеют общий механизм действия: они химически препятствуют образованию связей между молекулами воды при температуре выше определенного значения, которое зависит от концентрации. Эта температура ниже 0 °C, температуры замерзания чистой воды (снижение температуры замерзания). В некоторых случаях происходит экзотермическая реакция растворения, что обеспечивает еще более сильную способность к таянию. В следующих списках представлены наиболее часто используемые химические вещества для борьбы с обледенением и их типичные химические формулы.
Влияние на окружающую среду и смягчение последствий
Соли для борьбы с обледенением, такие как хлорид натрия или хлорид кальция, вымываются в природные водоемы, оказывая значительное влияние на их соленость. Некоторые аэропорты перерабатывают использованную жидкость для антиобледенения, разделяя воду и твердые загрязнения, что позволяет использовать ее повторно в других целях. Другие аэропорты располагают собственными очистными сооружениями или отправляют собранную жидкость на муниципальные или коммерческие очистные сооружения.