کمپانی Columbia Motor Oil نزدیک به یک قرن تجربه در روانکاری ماشین‌آلات کشاورزی

ماشین‌آلات کشاورزی امروز دیگر صرفاً یک ابزار نیستند؛ آنها سرمایه‌های سنگینی هستند که عملکرد صحیح و طول عمر مفیدشان، به‌طور مستقیم به کیفیت نگهداری و انتخاب درست روانکار وابسته است. در این میان، انتخاب روانکاری که بتواند همزمان نیازهای موتور، سیستم هیدرولیک، گیربکس و انتقال قدرت را پوشش دهد، نه‌تنها هزینه‌های نگهداری را کاهش می‌دهد، بلکه بهره‌وری و راندمان عملیاتی را به شکل محسوسی ارتقا می‌بخشد. در این گزارش، با یکی از برندهای باسابقه ایتالیایی در حوزه روانکارهای تخصصی کشاورزی و نماینده رسمی آن در ایران و عراق آشنا می‌شویم.

شرکت Columbia Società Italiana Lubrificanti e Affini فعالیت خود را از سال 1934 در شهر بندری جنوا، یکی از مهم‌ترین مراکز صنعتی و دریایی ایتالیا، آغاز کرد. آنچه این برند را در طول بیش از 9 دهه فعالیت متمایز ساخته، نه فقط قدمت و پایداری، بلکه رویکرد تخصصی آن در توسعه روانکارهایی است که پاسخگوی شرایط واقعی کار ماشین‌آلات سنگین باشند. کمپانی Columbia  از همان سال‌های نخست، دامنه فعالیت خود را از روانکارهای صنعتی و دریایی به حوزه ماشین‌آلات کشاورزی و باغداری گسترش داد و امروز در زمره برندهای باسابقه و صاحب‌سبک در روانکارهای تخصصی کشاورزی قرار می‌گیرد. نزدیک به یک قرن تجربه در صنعت روانکار، برای Columbia صرفاً یک عدد نیست؛ بلکه مجموعه‌ای از دانش فنی، مجموعه‌ایی آزموده از فرمولاسیون‌های گوناگون و شناخت عمیق از رفتار ماشین‌آلات در شرایط سخت کاری است. این تجربه در قالب محصولاتی عرضه می‌شود که با بهره‌گیری از روغن‌های پایه مینرال و سینتتیک سبک و بسته‌های متنوعی از انواع افزودنی‌های پیشرفته و انحصاری، بمنظور پاسخگویی به نیازهای واقعی موتورها و سیستم‌های انتقال قدرت طراحی شده‌اند.

تراکتورها و ماشین‌آلات باغداری مدرن، برخلاف بسیاری از ماشین‌آلات صنعتی، از یک معماری روانکاری پیچیده استفاده می‌کنند. در بسیاری از این تجهیزات، یک مخزن روغن واحد باید نیاز چندین سیستم مختلف را برآورده کند. موتور، گیربکس، سیستم هیدرولیک، پمپ فرمان، سیستم ترمز و حتی کلاچ خیس، همگی ممکن است از یک منبع روغن مشترک تغذیه شوند. این ساختار، گرچه هزینه‌های نگهداری و پیچیدگی سرویس را کاهش می‌دهد، اما خواسته‌های بسیار متنوع و حتی متناقضی را بر دوش ساختار شیمیایی روانکار می‌گذارد!

روغن موتور باید ویژگی‌های ضدسایش، دترجنسی و پایداری اکسیداتیو داشته باشد؛ روغن هیدرولیک باید خواص ضد‌اکسیداسیون و پایداری برشی مناسب ارائه دهد؛ و روغن گیربکس باید بتواند در دماهای متفاوت، گشتاور را بطور مؤثر منتقل کند. در چنین شرایطی، انتخاب یک روانکار عمومی و غیرتخصصی، به‌معنای پذیرش خطر سایش زودهنگام قطعات، افت راندمان هیدرولیک و کاهش طول عمر تجهیزات است. راه‌حل حرفه‌ای این چالش، استفاده از روانکارهای یونیورسال طراحی‌شده برای ماشین‌آلات کشاورزی است؛ محصولاتی که در سطوح عملکردی مشخص و با گریدهای ویسکوزیته متنوع عرضه می‌شوند.

در طبقه‌بندی بین‌المللی روانکارهای کشاورزی، دو سطح عملکردی از اهمیت ویژه‌ای برخوردارند STOU  و UTTO. روانکارهای سطح STOU یا Super Tractor Oil Universal، روانکارهایی کاملاً یونیورسال هستند که توانایی پوشش همزمان نیازهای موتور، گیربکس، سیستم هیدرولیک، ترمز و کلاچ خیس را دارند. این سطح عملکردی برای تراکتورهایی طراحی شده که با یک مخزن روغن، تمام سیستم‌های خود را تغذیه می‌کنند و به همین دلیل، جایگاه ویژه‌ای در بازار روانکارهای کشاورزی دارند. در مقابل، روانکارهای سطح UTTO  یا Universal Tractor Transmission Oil  با تمرکز بر سیستم‌های انتقال قدرت، گیربکس، هیدرولیک، ترمز و کلاچ خیس، گزینه‌ای تخصصی برای ماشین‌آلاتی هستند که روغن موتور آنها به‌صورت جداگانه تأمین می‌شود. محصولات Columbia نه تنها در هر دو سطح عملکردی STOU و UTTO عرضه شده و با توجه به نیاز کاربر، در گریدهای ویسکوزیته متنوعی در دسترس هستند، بلکه Columbia از معدود روغنسازانی است که محصولات رده UTTO آن در موتورها نیز قابل مصرفند! این تنوع، انتخاب‌گری را برای مالکان تراکتورها، کمباین‌ها و ماشین‌آلات باغداری فراهم می‌کند تا بر اساس نوع دستگاه، شرایط اقلیمی و الگوی مصرف، دقیق‌ترین گزینه را برگزینند. آنچه یک روانکار کشاورزی را از یک روغن معمولی متمایز می‌کند، کیفیت فرمولاسیون آن است.

پرسشی که ذهن بسیاری از بهره‌برداران را درگیر می‌کند، این است که آیا استفاده از یک روغن موتور دیزلی سنگین (کامیونی) به‌جای روانکاری تخصصی ماشین‌آلات کشاورزی می‌تواند پاسخگوی نیازها باشد؟ پاسخ منفی است! روغن موتور دیزلی همه‌کاره، هرچند از منظر محافظت از موتور عملکردی قابل‌قبول دارد، اما برای ایفای هم‌زمان نقش‌های چندگانه‌ای که روانکاری یک تراکتور مدرن ایجاب می‌کند، طراحی نشده است. در معماری تراکتور، یک مخزن روغن واحد باید هم‌زمان موتور را روانکاری کند، گشتاور را در گیربکس و چرخ‌دنده‌ها منتقل سازد، مدار هیدرولیک و پمپ فرمان را تغذیه کند و عملکرد روان کلاچ‌های خیس و ترمزها را تضمین نماید؛ وظایفی که هر یک به ویژگی‌های خاص افزودنی نیاز دارند. به‌کارگیری روغن کامیونی در این ساختار چندمنظوره، عملاً به حذف همین سازگاری‌ها منجر می‌شود: فقدان خواص ضدلغزش مناسب، عملکرد نامطلوب کلاچ‌های خیس و ترمزهای غوطه‌ور در روغن را در پی دارد، رطوبت و ناخالصی‌ها در مداخلات هیدرولیک به‌خوبی جداسازی نمی‌شوند و سازگاری با فیلترها و مهره‌های آب‌بند به خطر می‌افتد. نتیجه این ناسازگاری، چیزی جز سایش زودهنگام قطعات گران‌قیمت انتقال قدرت، افت محسوس راندمان هیدرولیک، گرم‌شدن بیش از حد سیستم و در نهایت، کوتاه‌شدن عمر اقتصادی ماشین‌آلات نیست؛ هزینه‌هایی که نخست‌نگاه، صرفه‌جویی به نظر می‌رسند اما در میان‌مدت، چند برابر شدن صورت‌حساب‌های تعمیر و توقف تولید، جایگزینشان می‌شود.

کمپانی ایتالیایی Columbia در تولید روانکارهای کشاورزی خود از ترکیب بهینه‌ای از روغن‌های پایه مینرال و سینتتیک سبک استفاده می‌کند تا روانکاری پایدار و اقتصادی را در شرایط کاری عادی تضمین کرده و تضمینی برای پایداری حرارتی و اکسیداتیو در دماهای بالا و تحت بارهای سنگین باشند. این ترکیب، تعادلی هوشمندانه میان عملکرد، پایداری و اقتصاد مصرف ایجاد می‌کند. در کنار روغن پایه، بسته‌های افزودنی نقش تعیین‌کننده‌ای در حفظ کیفیت عملکرد یک روانکار مناسب برای ماشین‌آلات کشاورزی ایفا می‌کنند. فرمولاسیون‌های اختصاصی Columbia با بهره‌گیری از افزودنی‌های پیشرفته، خواص زیر را در محصولات خود تضمین می‌کنند: محافظت مؤثر در برابر سایش و خوردگی، کنترل رسوبات و لجن، پایداری در برابر اکسیداسیون، حفظ خواص در دماهای بسیار پایین و بسیار بالا، انتقال مؤثر گشتاور در سیستم‌های هیدرولیک و گیربکس، و عملکرد روان کلاچ‌های خیس و ترمزها.

یکی از نکات قابل‌توجه در معرفی روانکارهای  Columbia، تناسب فرمولاسیون آنها با اقلیم مدیترانه‌ای است. ایتالیا، بعنوان خاستگاه Columbia، از نظر اقلیمی شباهت‌های قابل‌توجهی با بخش‌های وسیعی از ایران دارد؛ تابستان‌های گرم و خشک، زمستان‌های معتدل و نوسانات دمایی قابل‌توجه میان شب و روز. این همسانی اقلیمی به این معناست که رفتار ویسکوزیته، پایداری حرارتی و عملکرد محصولات Columbia در شرایط واقعی کاری ایران، با داده‌های فنی و تجربیات میدانی شرکت همخوانی دارد و مالکان ماشین‌آلات می‌توانند با اطمینان بیشتری روی عملکرد روانکار در اقلیم فلات ایران حساب کنند.

حضور یک برند معتبر جهانی در بازار، زمانی ثمربخش می‌شود که بازوی اجرایی قدرتمندی در کنار آن قرار گیرد. شرکت پچسکو به‌عنوان نماینده توزیع محصولات Columbia Motor Oil Srl در ایران و عراق، این نقش را بر عهده گرفته است. اما آنچه پچسکو را از یک توزیع‌کننده صرف متمایز می‌کند، رویکرد فنی و مهندسی آن در معرفی و پشتیبانی محصولات است. پچسکو به یک واحد فنی و مهندسی مجهز است که درک عمیقی از اصول روانکاری و نیازهای واقعی ماشین‌آلات کشاورزی دارد. این واحد فنی، علاوه بر ارائه مشاوره تخصصی برای انتخاب گرید و سطح عملکردی مناسب، تولیدکننده مقالات علمی در حوزه روانکاری نیز هست و با انتشار محتوای تخصصی، به ارتقای سطح دانش فنی کاربران و فعالان صنعت کشاورزی کمک می‌کند. نکته حائز اهمیت دیگر، برخورداری پچسکو از مجوز انحصاری مشاوره فنی و برگزاری دوره‌های آموزشی مهندسی روانکاری از سوی کمپانی Columbia در خاورمیانه است. این مجوز، نشان‌دهنده اعتماد کمپانی ایتالیایی به توانمندی‌های فنی و اجرایی پچسکو و نیز تعهد این شرکت به انتقال دانش روز روانکاری به بازارهای هدف است. برگزاری دوره‌های آموزشی تخصصی، به کاربران کمک می‌کند تا فراتر از خرید یک محصول، شناخت صحیحی از اصول روانکاری، زمان‌بندی تعویض، نگهداری و عیب‌یابی بدست آورند؛ دانشی که در نهایت به کاهش هزینه‌ها و افزایش بهره‌وری ماشین‌آلات منجر می‌شود.

روانکاری صحیح، ارزان‌ترین بیمه‌ای است که می‌توان برای ماشین‌آلات کشاورزی خرید. ترکیب بیش از ۹۰ سال تجربه ایتالیایی Columbia  در فرمولاسیون روانکارهای تخصصی، تنوع محصولات در سطوح عملکردی STOU و UTTO و گریدهای ویسکوزیته متنوع، سازگاری اقلیمی با شرایط ایران و پشتیبانی فنی و آموزشی پچسکو، زنجیره‌ای کامل از انتخاب تا نگهداری را برای کاربران فراهم کرده است. در عین حال، پچسکو قادر به تامین انواع لاستیک‌ها و تایرهای مصرفی در ماشین‌آلات سنگین و سبک کشاورزی نیز می باشد.

برای دریافت مشاوره تخصصی وکسب اطلاعات بیشتر، با کارشناسان فروش پچسکو در ارتباط باشید:

- وب‌سایت: http://www.pachesco.co

- تلفن تماس: [phone]|09198519034

- پیامرسان: 09194801375

- پست الکترونیک: [e-mail]

- آدرس جهت بازدید حضوری از شوروم: تهران، خیابان فاطمی، نبش خیابان کاج، پلاک ۱۰۵، طبقه همکف 

برگزاری دوره آموزشی استانداردها و طبقه بندی روانکارها و پایش وضعیت تجهیزات مکانیکی

برگزاری دوره آموزشی «استانداردها و طبقه‌بندی روانکارها و پایش وضعیت تجهیزات مکانیکی» در محل شرکت محترم پتروشیمی اصفهان در مورخه 28 و 29 تیرماه 1405

این دوره آموزشی در سطح «مقدماتی» با نیم نگاهی به سطح «متوسط» مهارت از مهندسی روانکاری بمنظور ارتقا سطح دانش پرسنل محترم و زحمتکش یکی از مهمترین قطب‌های پتروشیمی ایران برگزار شد.

علاقمندان می‌توانند از لینک زیر نسبت به دانلود و مطالعه فایل پاورپوینت این دوره آموزشی اقدام فرمایند:

دانلود فایل پاورپوینت دوره

تحلیل قیمت‌گذاری روانکارهای صنعتی در شرایط جنگ

1. مقدمه:

دوران جنگ، همواره شرایطی ویژه و پرچالش را برای بازارها، از جمله صنعت روانکارها بعنوان یکی از پرنیازترین و پرمصرفترین تسهیلگران چرهش ماشین آلات ترابری و تولید، به ارمغان آورده است. این شرایط ناپایدار منجر به القای فعل و انفعالات پیچیده‌ای در زنجیره تأمین، هزینه‌های تولید انواع کالا، و در نهایت، استراتژی‌های قیمت‌گذاری انواع محصولات می‌شود. در فضای پرتلاطم جنگ، عواملی که بطور معمول بر قیمت‌گذاری تأثیرگذارند، دستخوش تغییراتی شگرف شده و پارامترهای جدیدی به معادله قیمت‌گذاری خواهد افزود که از آنجمله می‌توان به اختلال در دسترسی به مواد اولیه، نوسانات شدید نرخ ارزهای مرجع، افزایش هزینه‌های انرژی و لجستیک، و همچنین تغییرات ناگهانی در تقاضا اشاره کرد که همگی به پیچیدگی فرآیند قیمت‌گذاری دامن زده و نیاز به رویکردی تحلیلی و منعطف برای دست‌اندرکاران این صنعت (از آزمایشگاه های تحقیقاتی و کیفی گرفته تا دفاتر بازرگانی روانکارها) را بیش از پیش عیان می‌سازد.

مقاله حاضر، تلاشی است در جهت ارائه تحلیلی بر نحوه قیمت‌گذاری روانکارهای صنعتی در شرایط جنگ. این تحلیل که در عین عدم دسترسی به اینترنت و پایگاه های داده‌ایی معتبر و روزآمد تدوین گردیده و صرفا برپایه مبانی عقلانی، تخمین‌های منطقی، و برآوردهای تجربی استوار است، ضمن در نظر گرفتن عوامل کلاسیک مؤثر بر قیمت‌گذاری محصولات نهایی زنجیره تولید و توزیع روانکارهای صنعتی، نگاه ویژه‌ایی به پیامدهای مستقیم و غیرمستقیم درگیری‌های نظامی بر این زنجیره خواهد داشت.

با این حال، لازم به ذکر است که این مقاله، گزارشی تخمینی و مبتنی بر مشاهدات اخیر از روند جنگ در ایران و صعود همزمان و جهانی قیمت نفت خام و گاز طبیعی استوار است. بنابراین، یافته‌ها و تحلیل‌های ارائه شده، نمایانگر روندهای کنونی و پیش‌بینی‌های اولیه در این فضای پرابهام بوده و ممکن است با تغییر شرایط، نیازمند بازنگری باشند.

هدف از این مقاله، ترسیم چارچوبی برای درک بهتر چالش‌های قیمت‌گذاری موثر بر صنعت روانکار در دوران جنگ است. طی بخش‌های مختلف این مقاله، با بسط این مفاهیم و ارجاع به جدول مقایسه‌ایی از تاثیرپذیری انواع روانکار از تغییر قیمت نفت خام و گاز طبیعی، سعی برآن شده است تا تصویری روشن‌ از استراتژی‌های قیمت‌گذاری و عوامل مؤثر بر آن در این شرایط خاص ارائه شود. این تحلیل، درک عمیق‌تری از نحوه انطباق فعالان صنعت روانکاری با فشارهای اقتصادی و عملیاتی ناشی از جنگ را فراهم خواهد آورد.

2. تخمین تاثیرپذیری انواع رونکار از نفت خام و گاز طبیعی

جدول 1 شامل برآوردی خوشبینانه و بدبینانه از تاثیرگذاری تغییر قیمت نفت خام و گاز طبیعی بر گروه های متفاوتی از روانکارهای صنعتی است. در تدوین این جدول مفروضات زیر بکار گرفته شده است:

- تغییر قیمت نفت خام به میزان +40%

- تغییر قیمت گاز طبیعی به میزان +70%

- مبدا فناوری تولید کشور ایتالیا و منبع تامین روغن پایه را عربستان (مانند آرامکو) در نظر گرفته شده است

- منبع تامین ادتیوها: ایتالیا (در مورد ادتیوهای پرمصرف و Low-techی مانند آنتی اکسیدان ها، بازدارنده های خوردگی، و برخی پلیمرهای بهبود‌بخش شاخص ویسکوزیته، فرض بر تامین از داخل ایتالیا گذاشته شده است)، فرانسه و آلمان (در مورد ادتیوهای High-tech)، و برخی ادتیوهای خاص: انگلستان (بیشتر در مورد ادتیوهای محلول در روغن های پایه آب)

- گروه بندی روانکارها بصورت روغن‌های پایه معدنی، روغن‌های خودرویی، ریلی، دریایی، گریس‌ها و وایت اویل‌ها، و درنهایت: روغن‌های تمام سینتتیک صنعتی مانند انواع گیاهی، زیست‌تخریب‌پذیر، و استرها انجام شده است.

- تعریف سناریوی خوشبینانه: فرض بر این است که تولیدکنندگان بتوانند بخشی از افزایش هزینه‌ها را از طریق بهینه‌سازی فرآیندها، خرید استراتژیک مواد اولیه (شامل ادتیوها)، یا جذب بخشی از هزینه توسط خودشان جذب کنند. همچنین، ممکن است تقاضا در این سناریو انعطاف‌پذیرتر باشد.

- تعریف سناریوی بدبینانه: در این سناریو، فرض بر این است که افزایش هزینه‌ها کاملا به مصرف‌کننده نهایی منتقل شود و همچنین امکان مواجه بازار با کمبود عرضه یا بروز اختلالات جدی در زنجیره تأمین نیز در نظر گرفته شده است.

با توجه به فرضیات فوق، و از آنجایی که روغن پایه بخش قابل توجهی از هزینه تولید روانکارهای رایج در اغلب صنایع را تشکیل می‌دهد و فرض بر این است که از سرمایه گذاری‌های اخیر عربستان (مانند آرامکو) تأمین می‌شود، افزایش قیمت نفت خام (به میزان فرضی 40%) مستقیما بر هزینه تامین روغن پایه تأثیر گذاشته و به احتمال قریب به یقین منجر به افزایش قابل توجهی در قیمت روغن پایه خواهد شد. در مورد گاز طبیعی، افزایش بیش از 70 درصدی می‌تواند بر هزینه‌های تامین انرژی برای کارخانه‌های تولید روانکار و البته صنایع شیمیایی تولید ادتیوها تأثیر بگذارد؛ علی الخصوص اگر این کارخانه‌ها از گاز طبیعی به عنوان منبع انرژی استفاده کنند. همچنین، برخی از فرآیندهای تولیدی ممکن است به گاز به عنوان ماده اولیه نیز نیاز داشته باشند (مانند انواع روغن‌های سینتتیک و استرها). با توجه به مبدأ فناوری تولید در ایتالیا، که کشوری با صنعت شیمیایی پیشرفته محسوب می‌شود، انتظار می‌رود که تولیدکنندگان ایتالیایی از فناوری‌های کارآمدتری نسبت به تولیدکنندگان چینی یا خاورمیانه‌ایی استفاده کنند. اما همچنان، افزایش هزینه‌های مواد اولیه (روغن پایه) و انرژی، اجتناب‌ناپذیر خواهد بود. در مورد وایت اویل‌ها (White Oils)، این محصولات نیز از فرآیندهای پالایشی مشتق شده از نفت خام تولید می‌شوند، بنابراین افزایش قیمت نفت خام به طور مستقیم بر هزینه تولید وایت اویل‌ها نیز تأثیرگذار خواهد بود بویژه اینکه وایت اویل‌ها حاصل پالایش چندباره و بسیار شدید نفت خام و حتی برخی روغن‌های پایه هستند.

در تدوین جدول 1، در خصوص ادتیوها، فرض بر موارد زیر گذاشته شده است:

- درصد ادتیو (کل): این درصد نشان‌دهنده میزان تقریبی وزن یا حجم ادتیوها نسبت به کل فرمولاسیون روانکار است. این میزان بسته به نوع روانکار و سطح عملکرد مورد نیاز، بسیار متفاوت خواهد بود.

- تسهیم منابع تامین ادتیو: درصدبندی کشورهای منبع ادتیو (شامل ایتالیا، انگلستان، فرانسه، و آلمان) براساس این فرض است که تولیدکننده ایتالیایی، برای دستیابی به بالاترین سطح عملکرد و کیفیت، از ادتیوهای High-tech آلمانی (مانند ادتیوهای پیشرفته ضد‌سایش، بهبودبخش‌های شاخص ویسکوزیته، و آنتی‌اکسیدان‌های با عمر طولانی) بیشترین استفاده را می‌کند. ادتیوهای انگلیسی و فرانسوی نیز برای تکمیل فرمولاسیون و پوشش دادن نیازهای خاص (مانند دترجنت‌ها یا برخی بازدارنده‌های خوردگی) به کار گرفته می‌شوند. در این طرح تسهیم منابع تامین ادتیوها، بخشی از ادتیوهای رایج و نه چندان High-tech به تامین‌کنندگان ادتیو ایتالیایی بعنوان تامین‌کنندگان داخلی از دیدگاه یک روغنساز ایتالیایی نگاه شده است. بدیهی است که ادتیوهای High-tech (به ویژه آلمانی) به دلیل پیچیدگی فرمولاسیون، تحقیق و توسعه گسترده، و استانداردهای کیفی بالا، معمولاً قیمت بالاتری نسبت به ادتیوهای استاندارد یا پایه‌های معدنی دارند. افزایش احتمالی در قیمت این ادتیوها (که می‌تواند ناشی از افزایش هزینه مواد اولیه، انرژی، یا هزینه‌های تحقیق و توسعه باشد) به طور مستقیم بر قیمت نهایی محصول تأثیر می‌گذارد. این ادتیوها بیشتر شامل جدیدترین فناوری‌ها در زمینه بهبودبخش‌های اصطکاک (Friction Modifiers)، ادتیوهای ضد‌سایش (Anti-wear Additives) با پایه فسفر و گوگرد غیرفعال یا ترکیبات ارگانومعدنی، و همچنین آنتی‌اکسیدان‌های پیشرفته (مانند آمین‌ها و فنول‌های ممانعت شده) فرض شده‌اند.

جدول 1: نحوه تاثیرپذیری انواع روانکار از تغییر قیمت نفت خام و گاز طبیعی در شرایط جنگی

شکل 1 حاوی نموداری است که میزان رشد حداکثری هریک از گروه‌های روانکار مندرج در ردیف‌های مختلف جدول 1 را در قالب دو سناریوی خوشبینانه و بدبینانه نمایش می‌دهد:

شکل 1: نمودار مقایسه‌ایی از رشد حداکثری انواع روانکار در دو سناریوی خوش و بدبینانه

همانطور که از شکل 1 هویداست، روغن‌های پایه سینتتیک و روانکارهای تمام سینتتیک صنعتی بیشتری سهم از افزایش قیمت را در هر دو سناریوی خوش و بدبینانه به خود اختصاص می‌دهند. شاید این افزایش قیمت شدید بدلیل سینتتیک بودن ذات و ترکیب شیمیایی این دسته از روانکارهای تعجب‌آور بنظر برسد؛ اما، با اندکی مداقه در نقش دوگانه گاز طبیعی بعنوان منبع اصلی تامین انرژی صنایع شیمیایی و در عین حال، خوراک اصلی پالایشگاه‌های مخصوص تولیدکننده مواد اولیه این صنایع، از شگفتانگی این تغییر قیمت کاسته خواهد شد. بعنوان مثال، روغن‌های PAO مستقیما از گاز طبیعی یا نفت خام تهیه نمی‌شود، اما فرآیند تولید آن پیچیده‌تر و انرژی‌برتر از روغن‌های پایه معدنی است. بدین ترتیب، قیمت انرژی (برق، گاز، سوخت مورد نیاز برای حمل و نقل و فرآیندهای تولید) و همچنین قیمت مواد اولیه پایه که ممکن است از منابع دیگری مانند محصولات کشاورزی یا گاز طبیعی باشند قطعاً بر قیمت نهایی و حتی دسترسی‌پذیری آنها تأثیر گذار است. از آنسو، روغن‌های PAG از اتیلن اکسید و پروپیلن اکسید ساخته می‌شوند که خود این‌ مواد عمدتا از گاز طبیعی یا نفتا (بعنوان بخش دیگری از سبد محصولات نفتی) تولید می‌شوند. فرآیند تولید PAG نیز بشدت به قیمت انرژی وابسته است.

در بخش بعدی، سعی شده است در راستای نیاز تعریف شده در این بخش به در اختیار داشتن تخمینی معقولانه از افزایش قیمت محصولات روانکاری مختلف براساس دو سناریوی خوش و بدبینانه، فرمولی ریاضی پیشنهاد شود تا امکان محاسبه ریسک افزایش قیمت محصولات روانکاری مختلف در قالب زبان ریاضی و شاخص‌های قابل محاسبه قابل بیان باشد.

3. رابطه ریاضی برای تخمین افزایش قیمت در شرایط جنگی

برای ارائه یک فرمول کلی بمنظور تخمین قیمت محصول نهایی بر اساس قیمت شناور نفت خام و گاز طبیعی، با در نظر گرفتن فرضیات مطرح شده در بخش دوم این مقاله و جدول 1، به چند مرحله تحلیل نیاز است که با توجه به پیچیدگی کار و لزوم طرح فرض‌های بیشتر، ذیلا سعی شده است تا یک مدل نسبتا ساده ریاضی ارائه شود.

3.1 مفروضات کلیدی

- قیمت‌گذاری مبتنی بر هزینه: فرض برآن است که قیمت نهایی محصول (به ویژه روغن‌های پایه معدنی) عمدتا تابعی از هزینه مواد اولیه (نفت خام و گاز طبیعی) و هزینه‌های فرآوری (پالایش و ادتیوها) باشد؛

- نسبت ادتیوها ثابت: در ردیف «روغن پایه (معدنی)»، درصد ادتیوها نسبتا ثابت در نظر گرفته شده است؛

- قیمت‌گذاری گاز طبیعی:  در این مقاله فرض برآن است که قیمت گاز طبیعی به نوعی با قیمت نفت خام همبستگی داشته یا حداقل امکان تعریف یک نسبت تقریبی بین آن‌ها وجود داشته باشد. این یک فرض ساده‌کننده است؛

- هزینه فرآوری ثابت: هزینه‌های مربوط به پالایش، حمل و نقل، تحقیق و توسعه، سود شرکت و... در این مقاله بصورت یک «هزینه ثابت» یا «هزینه سربار» و مستقل از نوسانات قیمت نفت خام و گاز در نظر گرفته شده است؛ و

- تمرکز بر روغن پایه معدنی: فرمول اصلی برای ردیف «روغن پایه (معدنی)» در جدول 1 ارائه شده است.

3.2 رویکرد کلی:

رویکرد و شاکله کلی رابطه ریاضی برای تخمین قیمت محصولات روانکاری بر منطق زیر استوار است:

قیمت نهایی محصول = (هزینه مواد اولیه) + (هزینه فرآوری و سربار)

که در این رابطه، «هزینه مواد اولیه» خود تابعی از قیمت نفت خام و درصد استفاده از گاز طبیعی (اگر به عنوان خوراک یا منبع انرژی استفاده شود) بوده و «هزینه فرآوری و سربار» بعنوان یک مقدار ثابت یا درصدی از هزینه مواد اولیه در نظر گرفته شده است. با این تفاسیر، هریک از اجزای فرمول محاسبه تخمین قیمت به شرح زیر قابل تعریف خواهند بود:

3.3 اجزای فرمول:

- قیمت نفت خام (P_Crude): قیمت هر بشکه نفت خام (مثلاً به یورو یا دلار)؛

- قیمت گاز طبیعی (P_Gas): قیمت هر واحد گاز طبیعی (مثلاً به یورو یا دلار برMMBtu)؛

- نسبت قیمت نفت به گاز (R_Crude-Gas): این نسبت می‌تواند بر اساس همبستگی تاریخی یا شرایط بازار تعیین شود. برای سادگی، فرض شده است که 1 بشکه نفت خام معادل X واحد گاز طبیعی از نظر ارزش یا هزینه است:

- درصد سهم نفت خام در هزینه مواد اولیه (W_Crude): در مورد روغن پایه معدنی، سهم اصلی قیمت از آنِ نفت خام است. پس غیرمنطقی نخواهد بود اگر فرض شود 95% هزینه مواد اولیه از نفت خام و 5% از گاز طبیعی (برای انرژی و خوراک) تأمین شود؛

- هزینه فرآوری و سربار (C_Overhead): این پارامتر می‌تواند یک مقدار ثابت بازای هر واحد محصول (لیتر یا تن) یا درصدی از هزینه مواد اولیه باشد.

3.4 فرمول پیشنهادی:

با فرض اینکه قیمت نهایی هر لیتر روغن پایه معدنی (P_Final) بصورت زیر باشد:

متغیرهای تشکیل‌دهنده رابطه شماره (2) عبارتند از:

- K_Conversion: ضریب تبدیل واحدها؛ بعنوان مثال، از بشکه نفت خام به هر لیتر محصول نهایی، یا از واحد گاز به انرژی معادل برای فرآوری (این ضریب خودش تابعی از راندمان پالایشگاه است)؛

- W_Crude: وزن یا ضریب اهمیت نفت خام در هزینه مواد اولیه؛

P_Crude: قیمت هر واحد نفت خام (مثلا قیمت هر بشکه) ؛

W_Gas: وزن یا ضریب اهمیت گاز طبیعی در هزینه مواد اولیه؛

P_{Gas_Effective}: قیمت مؤثر گاز طبیعی که بر اساس نسبت R_Crude-Gas محاسبه می‌شود. برای سادگی، می‌توان گفت:

که X در اینجا ضریب تبدیل است.

- C_Overhead: هزینه ثابت فرآوری، ادتیوها، سربار و سود به ازای هر لیتر محصول نهایی

حال، بمنظور سادگی بیشتر و تمرکز بر تاثیر نفت خام، با فرض اینکه تاثیر گاز طبیعی عمدتا در بخش انرژیِ فرآوری محصولات روانکاری است و مقدار آن در C_Overhead یا K_Conversion لحاظ شود:

در رابطه شماره (4):

- P_Final: قیمت نهایی محصول (مثلا قیمت هر لیتر روغن پایه معدنی)؛

- P_Crude: قیمت هر بشکه نفت خام (مثلاً WTI یا Brent)؛

- A: ضریب تاثیر قیمت نفت خام بر قیمت نهایی محصول؛ این ضریب نشان‌دهنده آن است که بازای هر دلار/یورو افزایش قیمت نفت خام، قیمت نهایی محصول چقدر تغییر می‌کند؟ این ضریب شامل هزینه‌های تبدیل واحد، سهم نفت خام در مواد اولیه و بخشی از هزینه‌های متغیر فرآوری است؛

- B: هزینه ثابت (هزینه فرآوری، ادتیوها، سربار، سود) که مستقل از قیمت نفت خام است

ضرایب A و B باید با استفاده از داده‌های تاریخی قیمت نفت خام و قیمت محصولات مشابه (وایت اویل) تخمین زده شود. این کار معمولاً از طریق تحلیل رگرسیون قابل انجام است. در روش جمع‌آوری داده، قیمت نفت خام (مثلاً ماهانه یا هفتگی) و قیمت وایت اویل (یا روغن پایه معدنی مشابه) برای یک دوره زمانی مشخص (مثلا 5 سال گذشته) جمع‌آوری می شود. تحلیل رگرسیون نیز شامل استفاده از روش‌های آماری مانند رگرسیون خطی ساده برای یافتن بهترین مقادیر A و B است که رابطه بین قیمت نفت خام و قیمت محصول را توضیح می‌دهد. بعنوان مثال، با فرض مقادیر زیر بعنوان مقادیر پارامترهای پایه ورودی به معادله شماره (3):

- P_Crude: 80 دلار/بشکه؛

- P_Gas: 3 دلار/MMBtu؛

- با فرض اینکه هر بشکه نفت خام معادل انرژی 6MMBtu گاز باشد، پس P_{Gas_Effective} (ارزش معادل گاز) برابر با 18 دلار خواهد بود. توجه به این نکته لازمست که این مقایسه ارزش انرژی است، نه ارزش بازار؛

- W_Crude: 0.95 (95 درصد سهم نفت در خوراک)؛

- W_Gas: 0.05 (یعنی 5 درصد سهم گاز در خوراک/انرژی)؛

- K_Conversion: 0.1 (با این فرض که هر بشکه نفت خام نهایتا 0.1 تن محصول بدهد، با در نظر گرفتن سایر تبدیل واحدها)؛

- C_Overhead: 0.3 دلار/لیتر (شامل هزینه ثابت فرآوری، ادتیوها، سربار، و سود)

بدین ترتیب، قیمت نهایی برابر با 8.09 دلار/لیتر بعنوان قیمتی کاملا فرضی برای یک روانکار محاسبه می‌گردد.

3.5 خطای تخمین:

میزان خطا یا دقت این مدل به عوامل زیر بستگی دارد:

- کیفیت داده‌های تاریخی: هرچه داده‌ها دقیق‌تر و پوشش زمانی بیشتری داشته باشند، تخمین بهتر خواهد بود؛

- صحت مفروضات: فرض ثابت بودن هزینه‌های فرآوری، نسبت ادتیوها، و رابطه بین قیمت نفت و گاز، خود فرضی خطاساز است؛ چراکه در واقعیت، این هزینه‌ها نیز نوسان دارند؛

- عوامل خارجی: قیمت‌گذاری محصول نهایی همیشه تحت‌تاثیر عوامل دیگری غیر از قیمت نفت و گاز است که از آنجمله می توان به عرضه و تقاضای محصول نهایی(مثلا میزان تقاضا برای وایت اویل در صنایع مختلف)، شدت رقابت در یک بازار بخصوص (تعداد و قدرت رقبا بویژه در مورد محصولات پرفروش و Low-tech مانند هیدرولیک‌های کلاس HL و HLP)، هزینه سایر مواد اولیه (نوسان ذاتی قیمت ادتیوها)، سیاست‌های دولتی و تعرفه‌ها، و هزینه انرژی (گاز، برق) لازم برای فرآوری (با توانایی نوسان مستقل از قیمت نفت) اشاره کرد.

این خطا در تخمین قیمت روانکار به سه روش زیر قابل بیان است:

- خطای استاندارد (Standard Error): در تحلیل رگرسیون، خطای استاندارد ضرایب A و B نشان‌دهنده پراکندگی مقادیر واقعی حول مقادیر تخمینی است؛

- R-squared یا ضریب تعیین: این شاخص نشان می‌دهد که چه درصدی از تغییرات قیمت نهایی محصول توسط تغییرات قیمت نفت خام (یا هر دو) بیان شده است. مقدار R-squared نزدیک به 1 (مثلاً 0.8 یا 0.9) نشان‌دهنده دقت خوب مدل تخمینی است؛

- فاصله اطمینان (Confidence Interval): می‌توان برای قیمت تخمینی، یک بازه اطمینان (مثلاً 95 درصد) ارائه داد که نشان می‌دهد قیمت واقعی با احتمال 95% در این بازه قرار دارد؛

- بیان کیفی: می‌توان گفت که این مدل یک تخمین کلی ارائه داده و خطای آن می‌تواند در شرایط نوسانات شدید بازار، تغییرات هزینه‌های فرآوری، یا تغییرات ناگهانی در عرضه و تقاضا، قابل توجه باشد. مثلا، «این مدل می‌تواند قیمت را با خطای تقریبی مثبت/منفی 10~15% تخمین بزند، اما در شرایط خاص بازار این خطا می‌تواند بیشتر شود».

بطور کلی، خطای تخمین بسته به پیچیدگی مدل، کیفیت داده‌ها و عوامل تاثیرگذار دیگر، می‌تواند از چند درصد تا بیش از 20% متغیر باشد. هرچه مدلسازی پیچیده تر و با در نظر گرفتن عوامل بیشتری انجام شود، تخمین دقیق‌تر خواهد بود. بخش بعدی مقاله حاضر شامل مثالی از تخمین نوسان قیمت روی یک نمونه روانکار صنعتی واقعی را با فرض یکسری از پارامترها است.

4. مثالی از تخمین اثرپذیری قیمت روغن موتور از نوسان نفت و گاز:

در این بخش، یکی از محصولات موتوری شرکت ایتالیایی Columbia Motor Oil Srl بعنوان مثالی برای نحوه تخمین نوسان قیمت این محصول نسبتا High-tech با در نظر گرفتن فرضیات منطقی انتخاب شده است. مشخصات فنی این محصول خودرویی/موتوری که با عنوان تجاری COLUMBUS SYNTH 5W30 SNCF شناخته می شود، در قالب شکل 2 نشان داده شده است:

شکل 2: دیتاشیت روغن موتور ایتالیایی SAE 5W30, API SN/CF

فرضیات بنیادین تخمین قیمت به شرح زیر است:

- نوع محصول: روغن موتور SAE 5W30 با سطح کیفی API SN/SN Plus؛

- قیمت نفت خام: نفت خام برنت 75 یورو بر بشکه؛

- فرمول تأثیر قیمت نفت خام (بر اساس یورو):

براساس رابطه شماره (4) می‌توان نوشت:

برای تخمین ضرایب A و B، فرضیات زیر قابل طرح است:

- A: تقریبا 0.012 (این بدان معناست که هر یورو افزایش قیمت نفت، قیمت هر لیتر روغن را حدود 1.2 سنت یورو افزایش خواهد داد)؛

- B: تقریبا 0.60 (یعنی فرض هزینه ثابت و پایه 60 سنت یورو بازای هر لیتر روغن SAE 5W30-API SN/CF)

بدین ترتیب، قیمت نهایی روغن موتوری تعریف شده در شکل 2 بازای نفت برنت 75 یورویی، برابر با تقریبا 1.5 یورو بر لیتر خواهد بود. حال، فرض کنید قیمت نفت خام 20 درصد افزایش یافته و به 90 یورو بر هر بشکه برسد. تغییر قیمت در چنین شرایطی بصورت زیر خواهد بود:

بر این اساس، تغییر قیمت روغن موتور فوق برابر خواهد بود با 1.68-1.50=0.18 یورو بر لیتر. بنابراین، درصد تغییر قیمت محصول برابر خواهد بود با:

با این تفاسیر، افزایش 20 درصدی قیمت نفت خام منجر به افزایش 12 درصدی در قیمت نهایی روغن موتوری با گرید ویسکوزیته SAE 5W30 و گرید کیفی API SN/CF شده است. در پایان، این توضیح را لازم می‌داند که رابطه شماره (4) یک رابطه خطی و ساده است و قطعا میزان خطای آن بالاست. چراکه مسائلی که در بخش 3 این مقاله بیان شد را عملا پوشش نمی‌دهد. هرچند، بکارگیری رابطه شماره (4) تخمین اولیه‌ایی برای نوسان روانکارهای صنعتی در اختیار قرار داده و حداقل می‌توان تصویری حتی نه چندان شفاف را از نوسان قیمت روانکارهای صنعتی در شرایط جنگی موثر بر قیمت نفت خام و گاز طبیعی بدست آورد.

آلودگی به بریلیوم در شرایط جنگی

1. مقدمه:

در پس تهاجم ناجوانمردانه و نابخردانه امریکایی-صهیونیستی به میهن عزیزمان ایران، شاهد حوادث متعددی از انفجار انواع پرتابه‌های هوا به سطح از سوی هواپیماهای سرنشین‌دار (جنگنده-بمب‌افکن) یا بدون سرنشین (انواع پهپاد‌های مسلح) به نقاط مختلف شهری و غیرشهری ایران بوده‌ایم. هدف از این مقاله، آگاهی‌بخشی به خوانندگان و مخاطبین محترم این وبلاگ مهندسی در خصوص آلودگی محل چنین انفجارهایی به عنصر فلزی بریلیوم (Beryllium) است. چراکه این عنصر در بخش‌های مختلف این پرتابه‌ها بکار رفته که پس از وقوع انفجار و رهاسازی حجم سترگی از انرژی و تبدیل بخش بزرگی از آن به حرارت، در قالب بخار، ذرات بسیار ریز (غبار)، و حتی قطرات ریز مذاب به محیط اطراف پراکنده می‌شود که بلافاصله در تماس با هوا و سطوح خنک جامد تبدیل به قطعات بی‌شکل (آمورف) جامدی از بریلیوم می‌شوند. صورت خطرناک قضیه آنجا عیان می‌شود که بدانیم آلودگی محیط اطراف محل انفجار به بریلیوم می‌تواند سالها ادامه داشته باشد و اثرات مخرب این آلودگی زیست محیطی قادر به قربانی گرفتن تا حتی چندین دهه پس از وقوع انفجار خواهد بود.

شکل 1: مقدمه‌ایی بر آلودگی به بریلیوم

بنابراین، رفع خطر آلودگی و مسمومیت ناشی از بریلیوم در محل وقوع انفجار تا زدودن کامل آثار این عنصر در آن محیط واقع نخواهد شد و آن محل از نظر خطر آلایندگی و مسمومیت به بریلیوم برای انسان‌ها و حیوانات (مخصوصا احشامی که بعدها به هر روی توسط انسان ساکن یا غیرساکن در محل مورد مصرف قرار خواهند گرفت) همچنان نقطه‌ایی ناایمن محسوب می‌شود. این مقاله شامل معرفی کوتاهی بر بریلیوم آغاز شده و با ذکر کاربرد آن در صنایع مختلف ادامه می یابد. سپس، محل مصرف بریلیوم در پرتابه‌های هوا به سطح بیان شده و در انتها، خطرات بریلیوم برای محیط زیست (از جمله انسان) و نحوه زدودن آن از محیط آلوده به بریلیوم به اختصار بیان خواهد شد. هدف از این مقاله آگاهی بخشی و اطلاع رسانیست؛ بنابراین، در ساختار آن از روال معمول مقالات علمی وبلاگ (شامل تفاسیر و توضیحات فنی دقیق، بکارگیری اصطلاحات تخصصی، فرمول‌های شیمیایی، و...) صرفنظر شده و منابعی نیز در انتها برای مطالعه بیشتر ذکر نشده است. به عبارتی، این مقاله برای مخاطب عام نگاشته شده و هدف از آن تنها ارتقا سطح آگاهی عموم آحاد جامعه پارسی زبان است.

2. بریلیوم چیست؟

بریلیوم (Beryllium) یک عنصر فلزی سبک و سمی است که در صنایع هوافضا، الکترونیک، و تولید برخی برینگ‌ها (بعنوان عنصر آلیاژساز) کاربرد دارد. مواجهه با این ماده، چه از طریق استنشاق و چه تماس پوستی می‌تواند عوارض شدیدی به همراه داشته باشد. بریلیوم در تولید روانکارها (انواع روغن یا گریس) چه در قالب ادتیو و چه در قالب متریال مصرفی طی فرآیند تصفیه و پالایش منجر به تولید انواع روغن‌های پایه (مینرال یا سینتیک) کاربرد نداشته و استفاده نمی‌شود. دلیل این عدم استفاده را بطور خلاصه می توان در قالب موارد زیر بیان کرد:

2.1 سمیت و خطر سلامتی: همانطور که اشاره شد، گرد و غبار و ترکیبات محلول بریلیوم بسیار سمی هستند. استفاده از بریلیوم در روانکارهایی که در صنایع مختلف (مانند خودروسازی، صنایع سنگین و حتی دستگاه‌ها و لوازم خانگی) بکار می‌روند، می‌تواند منجر به پخش ذرات سمی در هوا یا تماس پوستی کاربران شود. از آنجا که روانکارها معمولاً در معرض حرارت و اصطکاک هستند و ممکن است بخار شوند، وجود بریلیوم در آنها خطرات جدی سلامتی برای کارکنان ایجاد خواهد کرد.

2.2 عدم ضرورت از دیدگاه عملکرد شیمیایی: از نظر شیمیایی، بریلیوم ویژگی و خاصیتی ندارد که آن را برای کاهش اصطکاک، پایداری اکسیداتیو یا جلوگیری از خوردگی در روانکارها ضروری یا بعنوان گزینه‌ایی بهتر از سایر مواد موجود نامزد کند. صنعت روغن‌سازی به مواد ایمن‌تر و کارآمدتری دسترسی داشته و بجای بریلیوم، از عناصر و ترکیبات دیگری که خواص مشابه اما بدون سمیت دارند استفاده می‌شود که از آن جمله می‌توان به فلزات آلیاژی مانند مس، روی، سرب (در برخی گریس‌های قدیمی‌)، نیکل، و مولیبدن (به صورت دی‌سولفید مولیبدن یا MoS₂) به عنوان روانکار جامد (Solid Lubricant) یا ادتیوهای گروه AW/EP استفاده می‌شوند. بنابراین، بریلیوم نقشی در شیمی روانکارها نداشته و مهندسان صنعت روانکاری بدلیل خطرات زیست‌محیطی و سلامتی، کاملاً از استفاده از آن در این محصولات پرهیز می‌کنند.

در مبحث انتخاب مواد در مهندسی مکانیک و هوافضا، بریلیوم از نظر رفتار شیمیایی و خواص عملکرد مکانیکی همانند و همتراز منیزیم شناخته می‌شود. چراکه فلزی سخت و مستحکم با ویژگی‌های الکترومغناطیسی و حرارتی ویژه بوده و در عین حال تمایل به اکسیداسیون بالایی از خود نشان می‌دهد. بریلیوم عنصری شیمیایی است که برخلاف عناصر رادیواکتیو، نیمه عمر (با معنا و مقصود واپاشی اتمی و از بین رفتن تدریجی خودِ ماده طی یک زمان مشخص) ندارد. این بدان معنیست که اگر بریلیوم در محیط پخش شود، به خودیِ خود ناپدید نشده و مادامیکه بصورت فیزیکی برداشته و پاک نشود، همان‌جا باقی خواهد ماند.

3. منابع تامین و روش های استحصال بریلیوم

بریلیوم به دلیل میل ترکیبی بالا، هیچگاه بصورت فلز خالص در طبیعت یافت نمی‌شود. این عنصر عمدتاً در کانی های سیلیکاتی و آلومینوسیلیکاتی وجود دارد که از نظر شیمیایی ترکیبی از اکسیدهای مختلف بوده و مهمترین منابع آن عبارتند از:

3.1 بِریل (Beryl): با فرمول شیمیایی Be₃Al₂Si₆O₁₈ که شامل اکسید بریلیوم  (BeO) در ساختار خود است. سنگ‌های قیمتی مانند زمرد و آکوامارین از این نوع هستند؛

3.2 بروملیت (Bromellite): این کانی در واقع شکل طبیعی و خالص اکسید بریلیوم (BeO) است. بروملیت بسیار کمیاب است و معمولاً در رگه‌های هیدروترمال یافت می‌شود؛

3.3 برتراندیت (Bertrandite): با فرمول شیمیایی Be₄Si₂O₇(OH)₂؛ و

3.4 کانی های نادر: مانند فناکیت (Phenakite) بعنوان یک سیلیکات بریلیومی با فرمول شیمیایی Be₄SiO₄ و کرایسوبریل (Chrysoberyl) که بعنوان یک آلومینات بریلیوم شناخته شده و با فرمول شیمیایی BeAl₂O₄ بدلیل سختی فوق العاده بالا و خاصیت چشم گربه ایی (تغییر رنگ با توجه به نوع نور محیط) در قالب نگین الکساندریت در دنیای کانی شناسی و علوم معدنی بسیار معروف است.

جدول 1 اطلاعات بیشتری در خصوص استخراج و استحصال بریلیوم ارائه کرده است:

جدول 1: منابع تولید بریلیوم از کانی های مختلف

جدول 1 بیانگر این حقیقت است که ایالات متحده امریکا عمدتاً از طریق استخراج برتراندیت بزرگترین تولیدکننده فعلی بریلیوم در جهان است. البته چین نیز با استخراج بریل سهم قابل توجهی در تولید بریلیوم دارد. در جایگاه های بعدی، کشورهایی مانند قرقیزستان (متکی به منابع قدیمی دوران شوروی و کارخانه فرآوری شورابای)، برزیل، ماداگاسکار و موزامبیک با ذخایر مهمی از بریل قرار دارند؛ اما میزان تولید صنعتی آنها نسبت به آمریکا و چین به مراتب کمتر است. کانی‌های کرایسوبریل و  فناکیت معمولاً از نظر اقتصادی برای استخراج بریلیوم در مقیاس صنعتی صرفه ندارند، مگر اینکه همراه با ذخایر ارزشمند دیگری یافت شوند. بمنظور تولید صنعتی بریلیوم، لازمست که اکسید بریلیوم (با نام دقیقتر بروملیت) از طریق فرآوری شیمیایی تهیه شده و سپس از طریق روش هایی چون احیا با منیزیم به حالت فلزی بریلیوم رسید. بنابراین، بروملیت یک کانی طبیعی حاوی بریلیوم نیست و باید بصورت صنعتی بعنوان ماده اولیه تولید بریلیوم تهیه شود.

بمنظور استحصال بریلیوم، ابتدا لازمست کانسارهای حاوی این عنصر از نظر معدنی فرآوری شود که دو روش اصلی ذوب قلیایی و استخراج با اسید سولفوریک در این زمینه رایج بوده که روش ذوب قلیایی شامل مخلوط سازی پودر کانسار بریل با کربنات سدیم یا هیدروکسید سدیم و سپس ذوب در دمای بالا است. این کار باعث تجزیه بریل و تشکیل بریلیوم آلومینات سدیم می‌شود. در روش استخراج با اسید سولفوریک نیز کانسار بریل با اسید سولفوریک غلیظ در دمای بالا (بین 300 تا 500 درجه سلسیوس) واکنش داده می‌شود تا سولفات بریلیوم و سولفات آلومینیوم تولید شود. در مرحله بعد بریلیوم باید از سایر اجزای ترکیب شده با آن جدا شود. جداسازی بریلیوم از آلومینیوم و سایر ناخالصی‌ها خود یکی از چالش‌برانگیزترین بخش‌های فرآیند استحصال بریلیوم به شمار می رود و شامل رسوب‌دهی بریلیوم از محلول‌های حاصل از فرآوری کانسار، بصورت هیدروکسید بریلیوم [Be(OH)₂] یا کربنات بریلیوم (BeCO₃) است. مرحله بعد شامل تولید اکسید بریلیوم (BeO) است که طی آن هیدروکسید یا کربنات بریلیوم حرارت داده شده و به اکسید بریلیوم تبدیل می‌شود. در نهایت، مرحله تولید بریلیوم فلزی را داریم که با دو یکی از دو فرآیند فلوراید یا کلراید قابل انجام است. در فرآیند فلوراید، ابتدا فلوراید بریلیوم (BeF₂) از اکسید بریلیوم ساخته می‌شود. سپس با واکنش فلوراید بریلیوم با منیزیم در دمای بالا، فلز بریلیوم تولید می‌شود. در فرآیند کلراید نیز ابتدا کلراید بریلیوم (BeCl₂) از اکسید بریلیوم تهیه شده و سپس با واکنش کلراید بریلیوم با منیزیم یا سدیم، فلز بریلیوم حاصل می‌گردد. لازم بذکر است که ممکن است بریلیوم حاصل از هریک از این فرآیندها همچنان نیازمند پالایش بیشتر باشد تا به درجه خلوص مورد نیاز مشتری برسد که این خود به پیچیدگی فرآیند خواهد افزود. همین نوشتار خلاصه نشان دهنده آنست که بریلیوم فلزی بسیار تخصصی و گرانقیمت است که قیمت آن ده‌ها و گاهی صدها برابر فلزات صنعتی رایج مانند فولاد، آلومینیوم، مس، و حتی تیتانیوم بوده و علل این گرانی را می‌توان در کمیابی و پراکندگی اندک، پیچیدگی استخراج و فرآوری، سمیت و ملاحظات ایمنی، و نیاز به فرآیندهای خاص، پیچیده، و الزام در بکارگیری تجهیزات گرانقیمت خلاصه کرد.

4. کاربرد بریلیوم در صنایع مختلف

خلاصه‌ایی از کاربردهای مختلف بریلیوم (بصورت خالص یا آلیاژ با سایر عناصر) در صنایع مختلف در جدول 2 ارائه شده است:

جدول 2: کاربرد و محل مصرف بریلیوم در صنایع مختلف

همانطور که از جدول 2 برمی‌آید، بریلیوم در کالاها و لوازم خانگی مانند موبایل یا ساعت‌های مکانیکی و حتی هوشمند بصورت خالص کاربرد نداشته و مصرف آن بیشتر در اتصالات الکتریکی داخلی یا میکروفنرها آنهم بصورت آلیاژی (CuBe) است. بنابراین، در حالت عادی و روزمره، استفاده از ادوات و تجهیزاتی که در آنها از آلیاژ بریلیوم استفاده شده باشد، بی‌خطر است. هرچند، در صنایعی مانند هوافضا و نظامی یا صنایع پشتیبان انرژی هسته‌ایی و صنایع پرتوزا، خطر آلایندگی بریلیوم فقط در مراحل تولید صنعتی خلاصه می‌شود، نه در استفاده روزمره مصرف‌کنندگان قطعات ساخته شده از آلیاژهای آن.

5. کاربرد بریلیوم در اجزای پرتابه‌های هوا به سطح

با نگاهی ویژه به کاربرد بریلیوم و آلیاژهای آن در ساخت قطعات و اجزای مختلف موشک های هوا به سطح بعنوان زیرمجموعه صنایع هوافضا/نظامی (جدول 2 را ببینید)، از آنجا که عنصر فلزی بریلیوم بدلیل وزن کم و استحکام بالا در ساخت آینه‌های تشکیل دهنده تلسکوپ‌های فضایی (مانند تلسکوپ جیمز وب) و سیستم‌های هدایت ماهواره‌ها کاربرد فراوان داشته و گاهی برای بازتاب‌دهی بهتر، سطح بریلیوم با فیلم نازکی از طلا پوشش داده می‌شود، در سیستم های هدایت موشک های هوا به سطح نیز که اغلب از هدایت الکترو-اپتیکی بهره می‌برند، از بریلیوم خالص به همراه فیلم نازکی از طلا بهره گرفته می‌شود. در عین حال، در اجزای این موشک ها، بریلیوم و آلیاژ های مختلف آن کاربرد های متنوعی دارند که می تواند شامل قطعات سازه‌ایی، اجزای الکترونیک، قطعات سیستم هدایت، و حتی بخش‌های مخابراتی و ارتباط امن باشد. شکل 2 را ببینید.

شکل 2: کاربرد بریلیوم و آلیاژهای آن در اجزا و ساختار موشک‌های هوا به سطح

با پیشرفت فناوری موشک‌های هوا به سطح و نیاز به دقت بیشتر در عین وزن کمتر، استفاده از بریلیوم در سیستم‌های هدایت الکترو-اپتیک (EO) موشک‌های هوا به سطح و انواع پهپاد کاربرد بسیار گسترده و حیاتی یافته است که عبارتند از:

5.1 غلاف بدنه (Structural Housing): مصرف بریلیوم بصورت خالص یا آلیاژی در سازه پهپادها و موشک‌های مدرن با هدف کاهش وزن صورت می‌پذیرد. بریلیوم (یا آلیاژ آلومینیوم-بریلیوم) بدلیل استحکام بالا و وزن بسیار کم، برای ساخت بدنه دوربین‌ها، گنبدهای محافظ (Turrets) و ساختارهای نگهدارنده سنسورها استفاده می‌شود. این آلیاژ در برابر لرزش‌های ناشی از پرواز پهپاد یا شتابگیری موشک بسیار مقاوم بوده و باعث می‌شود خط دید سنسور ثابت بماند.

5.2 آینه‌ها و لنزهای بازتابنده (Mirrors and Optics): سیستم‌های الکترو-اپتیک معمولاً از یک یا چند آینه برای هدایت نور به سنسورها استفاده می‌کنند. بنابراین اگر سیستم برای طول موج‌های خاصی (مانند لیزرهای طراحی شده برای نشانه‌گذاری هدف) طراحی شده باشد، ممکن است از بریلیوم خالص با سطح بسیار صاف و صیقلی استفاده شود؛ چراکه بریلیوم در برابر تغییر شکل ناشی از گرما بسیار مقاوم است. اما، در سیستم‌های الکترو-اپتیکی که در محدوده طول موجی فروسرخ (با هدف دید در شب یا تشخیص حرارت) کار می‌کنند، سطح بریلیوم با فیلم نازکی از طلا پوشانده می‌شود؛ چراکه طلا بهترین بازتاب‌دهنده برای نور مادون قرمز است و حساسیت سیستم را برای دیدن اهداف گرم یا در تاریکی به شدت افزایش می‌دهد. 5.3 مدیریت گرمایی (Thermal Management): سنسورهای دوربین‌های پیشرفته (مانند دوربین‌های فروسرخ) باید در دمای بسیار پایینی کار کنند، در حالی که محیط اطراف (مثلاً در بدنه موشک در حال پرواز) بسیار گرم است. بریلیوم بدلیل رسانایی حرارتی عالی، در نقش هیت سینک (Heat Sink) یا پایه‌های نگهدارنده سنسور استفاده می‌شود تا گرما را از قطعات حساس الکترونیکی دور کرده و دمای آنها را ثابت نگه دارد. این کار معمولاً با بریلیوم خالص یا آلیاژ CuBe انجام می‌شود.

5.4 پایداری عملیاتی در شرایط نبرد (Athermalization): موشک‌های هوا به سطح ممکن است در ارتفاعات زیاد (که هوای بسیار سرد است) پرواز کنند و سپس با سرعت زیاد به سمت پایین (که هوا گرم است و اصطکاک با بدنه نیز منجر به تولید گرمای شدید می‌شود) شیرجه روند. این تغییرات دمایی شدید و سریع می‌تواند باعث انبساط/انقباض فلزات و برهم خوردن تنظیمات لنزها شود. از آنجا که بریلیوم ضریب انبساط حرارتی بسیار پایینی دارد، می توان با بکارگیری آن در ساخت اجزای تشکیل‌دهنده سامانه الکترو-اپتیک بر این تغییرات دمایی شدید فائق شده و فوکوس دوربین را حفظ کرد.

شکل 3: قطعه‌ایی از یک موشک منفجر شده محصول لاکهید-مارتین امریکا که بوضوح روی آن وجود بریلیوم درج و اخطار داده شده است

بریلیوم با دمای ذوب (1287°C) و تبخیر بالا (2471°C) در دماهای معمول کاملا مقاوم و پایدار است. اما در زمان برخورد موشک هوا به سطح یا پهپاد به هدف و وقوع انفجار، وضعیت تفاوت خواهد کرد. موشک در لحظه برخورد و انفجار سرجنگی خود انرژی جنبشی حاصل از سرعت بالا در لحظه برخورد (بین 2 تا 5 ماخ) را با انرژی شیمیایی مستتر در سرجنگی خود ترکیب کرده و حاصل این ترکیب، دستیابی به دمای لحظه‌ایی بین 2000~5000°K (یعنی بین 2700~4700°C) طی چند میکروثانیه پس از وقوع انفجار است. بنابراین، با فرض میانگین دما برای هسته انفجار طی چند میکروثانیه اول از وقوع انفجار سرجنگی موشک (یعنی حدود 3500°C)، تمامی مواد تشکیل دهنده اجزای موشک در کسری از ثانیه ابتدا ذوب و سپس بخار شده و حتی وارد فاز پلاسمایی می‌شوند. قاعده فیزیکی که بریلیوم نیز از آن مستثنی نیست!

بنابراین، محیط اطراف محل انفجار و حتی اتمسفر پیرامونی آن در لحظات اولیه انفجار و حتی پس از آن با ریسک بزرگی از آلودگی محیطی به بریلیوم مواجه است. چراکه بریلیوم بکار رفته در اجزای این موشک‌ها یا پهپادها پس از انفجار عملا وارد فاز پلاسمایی شده و پس از سرد شدن ناگهانی نیز بصورت ذرات غبار بسیار ریز و حتی بخار در اطراف محل انفجار پراکنده خواهد شد. در عین حال، نباید از یاد برد که ترکش‌ها و اجزای تشکیل‌دهنده موشک‌ها نیز که می‌توانند تا کیلومترها از محل انفجار پراکنده شوند باید بصورت پیشفرض آلوده به بریلیوم در نظر گرفته شوند.

شکل 4: نمونه‌ایی از یک رفتار اشتباه: یکی از هموطنان اقدام به ساخت چاقو از ترکش یک پرتابه هوا به زمین (بعنوان منبعی مشکوک به بریلیوم) کرده است

6. مخاطرات بریلیوم برای انسان

بریلیوم می تواند هم از طریق استنشاق ذرات ریز یا بخار و هم از طریق تماس مستقیم باعث مسمومیت انسان شود. در این مقاله، مخاطرات مسمومیت به بریلیوم به دو دسته سریع الاثر یا آنی و طویل الاثر یا مزمن تقسیم شده اند:

6.1 اثرات کوتاه‌مدت و آنی (Acute Effects): اگر فردی در معرض غبار یا بخار بریلیوم با غلظت بسیار بالا قرار گیرد، می‌تواند ظرف چند ساعت تا چند روز علائم زیر را نشان دهد که به آن «بیماری حاد بریلیوم» می‌گویند:

- بیماری شبه‌آنفولانزا (شامل تب ناگهانی، لرز، و بدن‌درد) ناشی از التهاب نایژه‌ها (Bronchitis)؛

- مشکلات تنفسی: تنگی نفس شدید، سرفه خشک و درد قفسه سینه؛

- التهاب ریه: پنومونیت شیمیایی که می‌تواند منجر به نارسایی تنفسی شود؛

- التهاب پوست و چشم: قرمزی، سوزش و تورم در محل تماس. تماس پوستی با بریلیوم اگرچه کمتر از استنشاق خطرناک است، اما عوارض خاص خود را دارد که از آنجمله می‌توان به درماتیت (التهاب پوستی) شامل خارش، قرمزی، تاول، و خشکی پوست در محل تماس و زخم‌های پوستی (Granulomas) اشاره کرد؛ اگر ذرات بریلیوم وارد زخم یا بریدگی پوست شوند، ممکن است باعث ایجاد توده‌های سفت و دردناک (گرانولوما) در زیر پوست شوند که به سختی درمانپذیرست

شکل 5: اثرات مخرب بریلیوم بر سلامت انسان

6.2 اثرات درازمدت (Chronic Effects): خطرناک‌ترین ویژگی بریلیوم این است که حتی در غلظت‌های پایین (که شاید علائم آنی ایجاد نکنند)، می‌تواند سال‌ها بعد بیماری ریوی با عنوان بیماری مزمن بریلیوم (CBD) ایجاد کند که طی آن سیستم ایمنی بدن برخی افراد به بریلیوم حساس شده و این حساسیت ممکن است ماه‌ها یا حتی سال‌ها بعد از اولین تماس اتفاق افتاده و باعث فیبروز و تخریب بافت ریه شود.

شکل 6: اثرات درازمدت مخاطره‌آمیز بریلیوم بر بدن انسان

7. نتیجه‌گیری

بریلیوم عنصری خطرناک برای انسان است و نباید آن را دست‌کم گرفت. استنشاق یا تماس با آن هم می‌تواند علائم فوری و مسمومیت حاد ایجاد کند (در صورت غلظت بالا) و هم می‌تواند سال‌ها بعد باعث ناتوانی و مرگ شود (در صورت غلظت پایین اما تماس تکرارشونده). همانطور که در بخش 1 این مقاله نیز بیان شد، بریلیوم مادامیکه از محیط پاک و زدوده نشود، همچنان می‌تواند تا سال‌ها باقیمانده و همچنان باعث مسمومیت شود. اگر بریلیوم به صورت غبار یا ذرات معلق (Aerosol) در هوا پخش شود، ممکنست تا ساعت‌ها همچنان در هوای اطراف محل انفجار باقیمانده و ته‌نشین نشود. به مرور زمان و تحت تأثیر جاذبه، غبار بریلیوم روی سطوح (کف زمین، میز، مبلمان، و تجهیزات) می‌نشینند. در این مرحله، خطر استنشاق کاهش یافته، اما خطر «تعلیق مجدد» (Resuspension) همچنان باقیست؛ چراکه با عبور افراد، روشن کردن جاروبرقی یا جریان هوا (طبیعی یا مصنوعی)، دوباره ذرات به هوا بلند شده و ایجاد خطر استنشاق و بروز انواع بیماری‌های حاد و مزمن ریوی را با خود همراه خواهند داشت. در عین حال، باید توجه کرد که این ذرات می‌توانند وارد شکاف زخم شده و ضمن ایجاد حساسیت‌های پوستی، موجب بروز توده‌های بافتی متورم و دردناک در محل زخم شوند. بنابراین، اکیدا توصیه می‌شود از تماس با قطعات و ترکش‌های ناشی از انفجار موشک‌های هوا به سطح و پهپادها خودداری نموده و هرچه سریعتر از محل انفجار فاصله بگیرید. در صورتیکه قصد کمک‌رسانی به مجروحین و آسیب دیدگان چنین حوادثی را دارید، حتما از دستکش مناسب و ماسک P100 استفاده کنید.

مقدمه‌ایی بر ادتیوهای مصرفی در روانکاری صنعتی - بخش پنجم: دترجنت‌های بیش‌قلیا

در بخش های اول تا چهارم این سلسله مقالات که به ترتیب به معرفی ادتیوهای آنتی اکسیدان و سپس به ادتیوهای بازدارنده خوردگی، سپس به بهبودبخش‌های شاخص ویسکوزیته، و در انتها به کاهنده‌های نقطه ریزش اختصاص داشت، به معرفی انواع ادتیوهای مصرفی در روغن‌ها و گریس‌های صنعتی به همراه انواع آزمون‌ها و استاندارد‌های ناظر بر آنها پرداختیم. در بخش پنجم این سلسله از مقالات در رابطه با ادتیوها، به معرفی انواع دترجنت‌های بیش‌قلیا در انواع روغن‌ها و گریس‌های صنعتی خواهیم پرداخت.

جهت دسترسی به بخش های اول تا چهارم این سلسله مقالات روی لینک های زیر کلیک کنید:

-  بخش آنتی اکسیدان ها (بخش اول)

- بخش بازدارندگی های خوردگی (بخش دوم)

- بخش بهبودبخش‌های شاخص ویسکوزیته (بخش سوم)

- بخش کاهنده‌های نقطه ریزش (بخش چهارم)

1. مقدمه

ادتیوهای کاهنده اسیدیته یا دترجنت‌های بیش‌قلیا (Over-based Detergents) [1]، که با شاخص TBN (Total Base Number) شناخته می‌شوند، ازجمله حیاتی‌ترین اجزای تشکیل‌دهنده فرمولاسیون روغن‌های موتوری مدرن به شمار می‌روند (شکل 1 را ببینید). عملکرد اصلی این ترکیبات شیمیایی که می توانند بسته به محل کاربرد طبیعتی خنثی یا بیش قلیایی داشته باشند [2]، خنثی‌سازی اسیدهای معدنی مضر نظیر اسیدهای سولفوریک و نیتریک [3] است که در نتیجه فرآیند احتراق سوخت و اکسیداسیون روغن در محیط موتور ایجاد می‌شوند. در صورت عدم کنترل این اسیدها، خوردگی شدید سطوح فلزی نظیر یاتاقان‌ها و سیلندرها رخ داده که منجر به کاهش چشمگیر عمر مفید موتور و افزایش هزینه‌های تعمیر و نگهداری می‌گردد [1-2]. بنابراین، وجود ذخیره قلیایی کافی در ساختار روغن، شرطی لازم برای تضمین پایداری شیمیایی و حفاظت از اجزای متحرک در شرایط کاری سخت است.

دترجنت ها، ترکیبات شیمیایی پایداری هستند که در دماهای بالا قادر به جلوگیری از تشکیل ترکیبات اسیدی در بطن روغن بوده و در عین حال، وظیفه شویندگی و جلوگیری از تشکیل رسوبات را نیز برعهده دارند. از دیدگاه ساختاری، دترجنت ها شباهت زیادی به دیسپرسانت ها دارند؛ چراکه هر دو گروه از این ادتیوها از سری قطبی و دمی بلند و غیرقطبی (شکل 2 را ببینید) برخوردارند [2]. اما با این تفاوت که سر قطبی دترجنت ها حاوی نمک فلزاتی چون کلسیم، منیزیم، سدیم، و باریم سوار بر یک ملکول اسید ارگانیک است که از آن میان، نمک کلسیم بدلیل هزینه پایینتر رواج بیشتری دارد [2,4]. خلاصه ایی از تنوع و دامنه کاربرد هریک از فلزات نمکساز در تولید دترجنت های بیش قلیا در جدول 1 ارائه شده است.

جدول 1: مقایسه‌ایی از نمک فلزات مورد استفاده در دترجنت‌های بیش‌قلیایی [1,4]

شکل 1: نمایه ایی از میزان حضور دترجنت ها در ساختار شیمیایی روغن های موتوری [2]

از دیدگاه مهندسی شیمی و ساختار ماده، ادتیوهای گروه TBN سیستم‌های کلوئیدی پیچیده‌ای هستند که از یک هسته جامد غیرمحلول (معمولاً کربنات کلسیم یا منیزیم) و یک پوسته سطحی از مواد فعال سطحی یا روکنشگر یا سورفکتانت (واژه «روکنشگر» رسما بعنوان برابر پارسی واژه «سورفاکتانت یا Surfactant» در فصل سوم، جلد اول، از مجموعه کتاب های «رنگ ها و پوشش های خودرویی»، عبدالله خالصی دوست و احمدرضا امینیان، انتشارات دانشگاه آزاد اسلامی واحد سمنان، 1390 مورد استفاده قرار گرفته است) تشکیل شده‌اند. عدد TBN بیانگر میلی‌گرم پتاسیم هیدروکسید (KOH) معادل قلیایی موجود در یک گرم از نمونه ادتیو بوده [3,5] و با ظرفیت خنثی‌سازی آن رابطه‌ای مستقیم دارد. فناوری تولید این ادتیوها بر پایه فرآیند کربنات‌دهی (Carbonation) استوار است [1-2,4] که در آن ذرات ریز قلیایی درون میسل‌های پایدار معلق می‌شوند. هرچه مقدار TBN بالاتر باشد، غلظت این ذرات در مایع بیشتر شده و چالش‌های مربوط به پایداری کلوئیدی و جلوگیری از ته‌نشینی (Sedimentation) پیچیده‌تر می‌گردد.

تنوع گریدهای مختلف TBN، از مقادیر پایین (نزدیک به 10) تا مقادیر بسیار بالا (بیش از 400)، پاسخی به نیازهای متفاوت صنایع مختلف است. در حالیکه موتورهای احتراق داخلی سبک و خودروهای مدرن به دلیل استفاده از سوخت‌های پاک و الزامات کاهش خاکستر [1,5]، به گریدهای با TBN پایین‌تر نیاز دارند، صنایع سنگین نظیر کشتیرانی و حمل‌ونقل ریلی (لکوموتیوها) نیازمند ادتیوهایی با TBN بسیار بالا هستند [6]. این تفاوت ناشی از کیفیت سوخت (میزان گوگرد) [7]، شرایط بارگذاری موتور و بازه‌های تعویض روغن است. به همین دلیل، توسعه ادتیوهای با TBN بالا به عنوان یک راهکار استراتژیک برای افزایش عمر روغن و کاهش فرکانس سرویس‌دهی در ماشین‌آلات سنگین و دریایی مطرح است [5-6].

2. مکانیزم عملکرد ادتیوهای TBN

مکانیزم عملکرد ادتیوهای بیش‌قلیایی در محیط روغن موتور، پدیده‌ای است که در مرز شیمی کلوئید و ترمودینامیک محیط‌های تحت فشار رخ می‌دهد. چراکه از نظر فیزیکی، ادتیوهای TBN در روغن بصورت محلول‌های کلوئیدی وجود دارند، نه محلول‌های واقعی یا مولکولی. در مقیاس میکروسکوپیک، این ادتیوها بصورت ذرات نانومتری معلق به نام «میسل» وجود دارند که از ساختاری مرکب تشکیل شده‌اند که هسته‌ داخلی ذاتا نامحلول در روغن آن از شبکه‌ایی فشرده از جنس کربنات کلسیم یا منیزیم (CaCO₃/MgCO₃) محاط در پوسته‌ایی محافظ از مولکول‌های آمفیفیلیک یا دوگانه‌دوست از جنس سولفونات‌ها یا فنات‌ها تشکیل یافته است که دارای سری قطبی (آبدوست) و دمی غیرقطبی (چربی‌دوست) بوده و سرهای آبدوست بسمت هسته معدنی و دم‌های چربی‌دوست بسمت روغن آرایش گرفته‌اند [1,2,4].

شکل 2: شماتیکی از ساختار دترجنت‌های بیش‌قلیا [1]

چنین معماری منحصر‌به‌فردی منجر به برقراری تعادل شیمیایی ظریفی می‌شود که امکان انحلال مقادیر زیادی از مواد قلیایی جامد در یک سیال هیدروکربنی در عین تضمیم بقای آنها در محلول را بدون ته‌نشینی یا افزایش محسوس ویسکوزیته روغن فراهم می‌سازد.

مکانیزم شیمیایی خنثی‌سازی اسید، فرآیندی دینامیک و مبتنی بر نفوذ است که با تولید اسیدهای قوی مانند اسید سولفوریک و اسید نیتریک در نتیجه اکسیداسیون سوخت و روغن آغاز می‌گردد [3,7]. این اسیدهای قوی که حاصل احتراق موتور و ترکیب ابر سوخت و جریان هوا بعنوان دو منبع مهم برای SO₂ و H₂O هستند [1,7]، بعنوان مهاجمانی کوچک‌جثه و کاملا قطبی، از میان فاز روغن عبور کرده و بسمت مرز میسل حرکت می‌کنند. عملکرد خنثی‌سازی زمانی رخ می‌دهد که اسید موفق شود سد انرژیکی پوسته روکنشگر (سورفکتانت) را شکسته و به هسته قلیایی برسد. در این نقطه، واکنش اسید-باز رخ داده و کربنات کلسیم با اسید واکنش می‌دهد که منجر به تولید سولفات کلسیم (CaSO₄)، آب، و دی‌اکسید کربن خواهد شد [1].

CaCO₃ + H₂SO₄ → CaSO₄ + H₂O + CO₂

در نتیجه، اسید خورنده (H₂SO₄) به سولفات کلسیم (CaSO₄) بعنوان نمکی بی‌خطر تبدیل می‌شود. در این فرآیند، از عدد TBN روغن کاسته می‌شود (بدلیل مصرف کربنات) و روغن به تدریج خاصیت قلیایی خود را از دست می‌دهد [1,4]. نکته اینجاست که این واکنش نه تنها فرآیندی همگن محسوب نمی‌شود، بلکه واکنشی ناهمگن در سطح فضای داخلی میسل بوده و سرعت آن مستقیما به سطح مفید تماس و نفوذپذیری پوسته میسل بستگی دارد. پس هرچه پوسته روکنشگر (سورفکتانت) نفوذپذیرتر طراحی شده باشد، سرعت خنثی‌سازی اسید و محافظت از موتور بالاتر خواهد بود.

اثر دما بر این سیستم پیچیده، دوگانه و پارادوکسیکال است. از منظر سینتیک واکنش، افزایش دما طبق اصل آرنیوس باعث تسریع واکنش خنثی‌سازی می‌شود؛ بدین معنا که مولکول‌های اسید و سطح میسل انرژی جنبشی بیشتری داشته و موانع واکنش سریع‌تر طی می‌شوند. بدین ترتیب، در دماهای بالای ناشی از احتراق موتور، ادتیو بهتر و سریع‌تر اسیدها را می‌خورد. با این وجود، از منظر پایداری کلوئیدی، دما دشمن اصلی ادتیوهای TBN بالا (از TBN300 به بالا) محسوب می‌شود. چراکه افزایش دما باعث افزایش انرژی جنبشی میسل‌ها و کاهش نیروهای واندروالسی نگهدارنده پوسته می‌شود. در دماهای بحرانی (معمولا بالاتر از 120°C)، خطر تجمع میسل‌ها (Agglomeration) و فلوکوله شدن ذرات قلیایی وجود دارد. اگر پوسته روکنشگر (سورفکتانت) فاقد مقاومت حرارتی کافی باشد، میسل‌ها با یکدیگر ترکیب شده و ذرات درشتی تشکیل خواهند داد که دیگر قادر به معلق ماندن در جریان روغن نبوده و بصورت رسوبات لجن (Sludge) یا جِرم (Lacquer) روی قطعات موتور می‌نشینند؛ بنابراین چالش اصلی در طراحی ادتیوهای TBN400، مهندسی سورفکتانت یا روکنشگری است که در دمای بالا هم قادر به صیانت از ساختار میسل باشد.

از آنسو، در نقاط بحرانی موتور مانند یاتاقان‌ها و رینگ‌های پیستون با فشار کاری حتی بالاتر از چندین برابر فشار اتمسفر، فشار به نقشی تعیین‌کننده در کیفیت حلالیت و رفتار میسل‌ها دست می‌یابد [5]. طبق اصول ترمودینامیک، افزایش فشار باعث افزایش حلالیت گازهای اسیدی (اعم از اکسیدهای سولفور و ازت) در فاز مایع روغن می‌شود. این بدان معناست که در شرایط فشار بالا، غلظت اسیدهای محلول در روغن بشدت افزایش یافته و ادتیو باید با ظرفیت بالاتری کار کند تا موفق به دفع این بارِ اسیدی اضافی شود. از سوی دیگر، فشار هیدرواستاتیک بالا می‌تواند فضا را بر میسل‌ها تنگ کرده و آنها را به یکدیگر نزدیک‌تر کند. این افزایش دانسیته ذرات خطر برخورد فیزیکی و چسبندگی میسل‌ها را افزایش می‌دهد. سیستم‌های پیشرفته ادتیو باید طوری طراحی شوند که پوسته میسل در برابر فشار مقاومت استاتیکی داشته و از هم نپاشد.

در نهایت، تعامل همزمان دما و فشار در سیکل عملکردی یک موتور درونسوز منجر به برقراری سیستمی دینامیک و در عین حال ناپایدار خواهد شد که مدیریت آن برعهده ادتیوهای TBN است. در لحظه جرقه (آغاز سیکل احتراق)، دمای مخلوط بسرعت به 2000°C رسیده [6] و فشار به اوج خود خواهد رسید که باعث تبخیر لحظه‌ای روغن و تغلیظ میسل‌ها می‌گردد. بلافاصله پس از احتراق، سقوط دما آغاز می‌شود. اینجاست که نقطه عطفی در کیفیت عملکرد ادتیوهای TBN پدیدار می‌گردد؛ چراکه ادتیو باید توانایی بازگشت به حالت اولیه (برگشت‌پذیری) را داشته باشد؛ یعنی در اوج دما و فشار تجمع نکرده و پس از سرد شدن دوباره به حالت میسل‌های پایدار و پراکنده بازگردد. هرگونه نقص در این مکانیزم برگشت‌پذیری، منجر به تشکیل رسوبات سخت کربنی و لجن‌های چسبناک خواهد شد که مجراهای روغن را مسدود کرده و باعث خرابی موتور می‌گردد. بنابراین، فناوری تولید TBNهای متوسط و بالا در واقع هنر مهندسی پوسته‌های مولکولی است که در شدیدترین نوسانات ترمودینامیکی قادر به حفظ یکپارچگی ساختاری خود باشند.

3. انواع ادتیوهای TBN برحسب تیپ و گرید

ادتیوهای دترجنت بیش‌قلیا از دیدگاه تیپ ساختاری به سه دسته سولفونات‌ها، فنات‌ها، و سالیسیلات‌ها بخش‌پذیرند. این سه تیپ، اگرچه در هدف غایی خود (خنثی‌سازی اسید و شویندگی) مشترکند، اما از نظر ساختار شیمیایی، مکانیزم عملکرد، و فناوری تولید تفاوت‌های بنیادین با یکدیگر دارند. سولفونات‌ها، که می‌توانند منشأ نفتی یا سینتتیک داشته باشند [1,4]، رایج‌ترین نوع بوده [1] و فناوری تولید آن‌ها بر پایه سولفوناسیون هیدروکربن‌ها و سپس بیش‌قلیایی‌سازی با کربنات کلسیم یا منیزیم استوار است؛ مکانیزم عملکرد آنها عمدتا بر پایه خنثی‌سازی اسید و قدرت شویندگی قوی برای تمیز کردن رسوبات است، اما خاصیت ضد سایش آنها (در مورد سولفونات‌های کلسیمی) چندان قوی نیست. با این وجود، از میان تمامی اعضای گروه سولفونات‌ها، کلسیم سولفونات‌ها با حدود 65% سهم از بازار [4]، بیشترین رواج و مصرف را در بین سایرین بخود اختصاص داده و بیش از 80% آنها در تولید انواع گریس مصرف می‌شود [8]. کلسیم سولفونات‌ها که چند دهه پیش برای اولین بار معرفی شدند، بیشترین مصرف را در تولید انواع ادتیوهای TBN300~500 دارند. گریس‌های کلسیوم سولفوناتی بیش‌قلیا (OBCaS) که نخستین بار در 1960 و توسط McMillen پتنت شده و طی دهه 1980 شاهد نقطه عطفی در زمینه بهینه‌سازی فرآیند تولید خود بودند، امروزه یکی از بهترین انتخاب‌ها برای کاربری‌های سنگین و نسوز (بیش از 300°C)، بویژه برای محیط‌های آبی شور و دریایی بشمار می‌روند [9].

شکل 3: نمونه‌ایی آزمایشگاهی از دترجنت بیش‌قلیای سولفوناتی خالص؛ نمونه تولید صنعتی کمی تیره‌تر است[4]

در مقابل، فنات‌ها (یا به بیان تخصصی‌: سولفیدهای آلکیل فنات (Alkylphenate sulfides) [1,4]) که معمولا منشایی معدنی دارند، از واکنش آلکیل فنل‌ها (Alkylphenol) با گوگرد یا فسفر تولید شده و فناوری ساخت آنها نیازمند کنترل دقیق نسبت مولکولی بمنظور حفظ پایداری حرارتی است. مکانیزم ممتاز فنات‌ها، پایداری اکسیداتیو عالی و خاصیت آنتی‌اکسیدانی قوی است که آنها را برای روانکاری موتورهای دیزل (که از فشار احتراق و دمای کاری بالایی برخوردارند) مناسب می‌کند؛ هرچند تمیزکنندگی آنها کمی کمتر از سولفونات‌ها محسوب می‌شود [1].

دسته سوم، سالیسیلات‌ها هستند که ساختاری کاملا سینتتیک (متشکل از حلقه‌های آروماتیک بنزن با گروه‌های هیدروکسیل و کربوکسیل) و منحصر بفرد داشته و با نیاز به پیچیده‌ترین فناوری تولید، از طریق کربوکسیلاسیون فنل‌های آلی سنتز می‌شوند [1]. این دسته از دترجنت‌های بیش‌قلیا که به همراه سولفونات‌ها از دهه 1950 به بازار معرفی شدند [4]، از مکانیزم عملکردی شامل ایجاد پایداری حرارتی فوق‌العاده در عین حفظ خاصیت ضد سایش و فشار شدید  (EP/AW) برخوردارند؛ چراکه گروه‌های سالیسیلات می‌توانند در عین دترجنسی، روی سطح فلزات از طریق برقراری پیوند شیمیایی لایه‌ایی محافظ و مقاوم تشکیل دهند تا قطعات موتور در معرض تماس مستقیم با یکدیگر نباشند [1,4].

بطور خلاصه، سولفونات‌ها شوینده‌ترین، فنات‌ها پایدارترین در برابر اکسیداسیون، و سالیسیلات‌ها پیشرفته‌ترین از نظر محافظت از سایش و فشار در عین شویندگی هستند، هرچند تولید سالیسیلات‌ها به دلیل پیچیدگی سنتز و هزینه بالا، دشوارترین و گران‌ترین فناوری محسوب می‌شود؛ ولی با این وجود، در فرمولاسیون روغن‌هایی که نیاز به حفاظت همزمان در برابر اسید و سایش دارند (مانند برخی روغن‌های توربین گاز یا روغن‌های موتور دریایی/ریلی [10])، حضور سالیسیلات‌ها بسیار ارزشمند است. چراکه ویژگی عملکرد دوگانه آنها باعث می‌شود تا در برخی فرمولاسیون‌های پیشرفته، با تکیه بر حضور سالیسیلات‌ها از میزان ادتیوهای ضد‌سایشی (اعم از ZDDP) کاسته شده و بدین ترتیب شاهد کاهش خاکستر و بهبود سازگاری با محیط زیست در این فرمولاسیون‌ها بود [1,10]. شماتیکی از ساختار عمومی سه تیپ از ادتیوهای دترجنت بیش‌قلیا در شکل 4 نشان داده شده است:

شکل 4: شماتیکی از ساختار سه تیپ کلی دترجنت‌های بیش‌قلیا [4]

بازه گریدهای رایج در ادتیوهای دترجنت بیش‌قلیا از TBN10 یا TBN15 شروع شده و در بازار موجود است. این گریدها بیشتر برای روغن‌های موتور سبک یا کاربردهای خاصی مصرف می‌شوند که نیاز به قلیاییت بالایی نداشته باشند. اما در صنعت روغن ‌موتورهای درونسوز، این گریدها معمولاً تا TBN400 ادامه می‌یابند. هرچند، در صنایع بسیار خاصی مانند روغن‌های دریایی (Marine Oils) که موتورهای آن‌ها از سوخت‌های بسیار سنگین و گوگرددار استفاده می‌کنند، ممکن است گریدهایی با TBN بالاتر (مثلا TBN500 یا TBN700) نیز وجود داشته باشد، اما در استانداردهای رایج خودرویی مانند API و ACEA، TBN400 سقف فناوری و انتهای قضیه محسوب می‌شود.

در نامگذاری گرید از دسته از ادتیوها، عددی که پس از کد TBN می‌آید، بیانگر تناسب با درصد وزنی مواد قلیایی (مانند کربنات کلسیم) است که در ساختار آن ترکیب شیمیایی پایدار بکار رفته است. برای مثال، یک ادتیو TBN400 تقریباً 40 درصد مواد قلیایی خنثی‌کننده اسیدیته روغن موتور را در خود دارد، در حالیکه TBN250 حدود 25 درصد دارد. این اعداد نامی و تقریبی هستند.

نکته اینجاست که هرچه عدد پس از TBN بالاتر ‌رود، پیچیدگی ساختاری و فناوری لازم برای پایدارسازی کلوئیدی بصورت نمایی (Exponential) افزایش خواهد یافت. بدین ترتیب، در گریدهای پایین TBN (مثلا 25 تا 50)، نگهداشتن ذرات قلیایی در محلول آسان است. اما در گریدهای متوسط TBN مانند TBN150~300، نیاز به مهندسی دقیق سورفکتانت‌ها (روکنشگرهای سطحی) ایجاد می‌شود. بغرنجترین مرحله شامل گریدهای بالای TBN (مانند TBN350~400) و حتی بالاتر است. چراکه این حالت مستلزم انحلالا حجم عظیمی از ذرات جامدات در یک حجم ثابت از مایع است. بدین ترتیب، اگر فرمولاسیون یا فرآیند تولید (هم‌زدن، دما، تزریق گاز، و...) حتی با درصد اندکی از خطا همراه باشد، کل محصول ته‌نشین ‌شده و عملاً از حیز انتفاع ساقط می‌گردد. بنابراین، حرکت از TBN250 به TBN400 فقط یک افزایش کمّی در مواد محلول نیست، بلکه یک «جهش فناورانه» در کنترل پایداری کلوئیدی محسوب می‌شود. جدول ذیل، تولیدکنندگان مطرح و شاخص ادتیوهای گروه TBN را نشان می‌دهد:

جدول 2: فهرست تولیدکنندگان شاخص ادتیوهای TBN

جدول 2 بیانگر این حقیقت است که استراتژی‌های فناورانه و تجاری در صنعت ادتیوهای روانکار، بازتاب مستقیمی از بضاعت علمی، نیازهای داخلی و جایگاه ژئوپلیتیک هر کشور است. تمامی شرکت‌های نشان داده شده در جدول 2 قادر به تولید سولفونات‌ها هستند؛ زیرا رایج‌ترین و پرمصرف‌ترین نوع از ادتیوهای دترجنت بیش قلیا به شمار می روند. از آنسو، فنات‌ها که بیشتر در موتورهای دیزلی و صنعتی کاربرد دارند، همچنان توسط بازیگران چینی و هندی با تیراژ بالا و قیمت رقابتی تولید می‌شوند؛ هرچند، سطح کیفی و قیمت محصولات فناتی شرکت‌هایی چون Infineum و Lubrizol همچنان دست برتر را در این بازار دارد. دسته آخر نیز سالیسیلات ها هستند که نیازمند فناوری پیچیده‌تری بوده و معمولا توسط شرکت‌های پیشرو مانند Infineum، Lubrizol، و BASF تولید می شوند؛ البته، شرکت‌های متمرکز بر مسائل زیست محیطی مانند Croda نیز از جمله منابع اصلی تامین سیالیسیلات‌ها به شمار می روند. تولیدکنندگان چینی و هندی هنوز بطور گسترده وارد تولید سالیسیلات‌های پیشرفته نشده‌اند. البته توضیح این نکته لازم است که کمپانی Lanxess شعبه کانادا (تورنتو) اخیرا موفق به معرفی تیپ سالیسیلات با فناوری انحصاری خود به بازار ادتیوها شده است [11].

شرکت‌های پیشرو انگلیسی، امریکایی و آلمانی مانند Infineum، Lubrizol، و BASF با تکیه بر دانش عمیق شیمی‌ و مالکیت فناوری‌های پیچیده (مانند میسل‌های هیبریدی و کاتالیزورهای خاص)، بر تولید گریدهای بسیار بالا (TBN300 تا 400) و ادتیوهای تخصصی تمرکز کرده‌اند تا نیاز به روانکاری موتورهای پیشرفته و استانداردهای سخت‌گیرانه زیست‌محیطی غرب را پوشش دهند. در مقابل، بازیگران جدیدتری مانند چین (Sinopec و PetroChina) و هندوستان (Dorf Ketal) به همراه سایر بازیگران اروپایی مانند ایتالیا (Eni) و بلژیک (Nynas)، با رویکردی متفاوت در این میدان فعالند؛ چین و هندوستان با بهره‌گیری از مهندسی فرآیند و استفاده از تسهیلگرهای ارزان‌قیمت واکنش‌های شیمیایی (مانند متانول)، بر تولید انبوه گریدهای پایین و متوسط (TBN 25 تا 150) و انواع سولفونات و فنات تمرکز کرده تا بازارهای آسیایی و در حال توسعه را با قیمت رقابتی تصاحب کنند؛ در حالیکه ایتالیا و بلژیک با تکیه بر منابع علمی خاص و دانش سنتی خود، به دنبال ایجاد تعادل میان کارایی و هزینه در گریدهای میانی هستند. این تقسیم‌بندی نه‌تنها بد نیست، بلکه نویدبخش حاکمیت اکوسیستمی پویا است که در آن کشورهای پیشرو مرزهای دانش را جابجا می‌کنند، بازیگران سنتی و پرسابقه مرزهای محصولات میان‌رده را حفظ کرده و کشورهای نوظهور با بومی‌سازی فناوری‌های پایه، دسترسی جهانی به روانکارها را تسهیل و قیمت‌ها را در عین تضمین، تعدیل می‌کنند.

4. جایگاه ایران در تولید ادتیوهای TBN

طی سال‌های اخیر در ایران حرکت‌های خوبی برای بومی‌سازی تولید ادتیوهای روغن موتور انجام شده است و این ادتیوها هم در مقیاس آزمایشگاهی و هم در مقیاس تجاری تولید شده‌اند که ذیلا خلاصه‌ایی از این دستاوردهای پژوهشی ذکر شده است:

4.1 تولید در مقیاس تجاری (صنعتی)

در حال حاضر، تولید ادتیوهای کاهنده اسیدیته روغن موتور در مقیاس تجاری در ایران انجام می‌شود، اما عمدتاً در گریدهای پایین و متوسط TBN. شرکت‌های دانش‌بنیان و برخی واحدهای صنعتی زیرمجموعه وزارت نفت (مانند پژوهش و فناوری پتروشیمی یا بخش‌ خصوصی مستقر در شهرک‌های صنعتی)، موفق به تولید ادتیوهای TBN150 و حتی بالاتر اعم از TBN250 و TBN300 در مقیاس صنعتی شده‌اند که روغنسازان وطنی را قادر به فرموله‌سازی و تولید انواع روغن های موتوری کلاس API SJ/SL/CF-4 می‌سازد. اما در این میان، تولید گریدهای بالا مانند TBN350~400 در مقیاس تجاری بدلیل گلوگاه‌های فناوری (مانند دستیابی به پایداری کلوئیدی و دسترسی به تجهیزات پیشرفته) هنوز کاملا در کشور بومی‌سازی نشده است و صنعت تولید روانکارهای خودرویی برای تولید روغن‌موتورهای پیشرفته مانند API SN/SN⁺/CK-4 هنوز محتاج ادتیوهای وارداتی است.

4.2 تولید در مقیاس آزمایشگاهی و نیمه‌صنعتی

مراکز تحقیقاتی و دانشگاهی در ایران فعالانه روی این موضوع کار کرده‌اند که از آن میان می‌توان به پژوهشگاه صنعت نفت، دانشگاه‌های صنعتی (مانند دانشگاه تهران یا علم و صنعت) و شرکت‌های دانش‌بنیان مستقر در پارک‌های علم و فناوری اشاره کرد. این تلاش ها تاکنون منجر به تولید نمونه‌های آزمایشگاهی از ادتیوهای TBN300 و حتی TBN 350 در این مراکز شده و در عملکرد آنها در محیط‌های آزمایشگاهی مرجع مورد تایید قرار گرفته است. این موفقیت‌ها نشاندهنده آن است که دانش فنی تولید این گروه از ادتیوها در کشور وجود دارد. هرچند، نباید از یاد برد که تفاوت بین «تولید آزمایشگاهی» و «تولید تجاری» در کنترل پارامترهای فرآیند در حجم‌های بالا نهفته است. چراکه نگهداری محصولی پایدار در مخازن چند هزار لیتری بسیار مشکل‌تر از بِشِر آزمایشگاهی است.

بنابراین، ایران در مسیر دستیابی به خودکفایی در این حوزه قرار داشته و گرید TBN250 بعنوان نقطه ورود موفقیت‌آمیز به تولید صنعتی شناخته می‌شود، اما TBN400 همچنان به عنوان مرز پیشرفته در حال کار است.

5. گریدهای خاص و بسیار بالای TBN

در این بخش از مقاله، قصد بر پاسخ به این سوال است که چرا بسیاری از شرکت‌های پیشرو در زمینه تولید گریدهای بالاتر از TBN400 چندان فعال نبوده‌اند؟ در پاسخ به این سوال باید گفت شرکت‌های غول‌پیکر ادتیوسازی مانند Infineum، Afton، Lubrizol، و Chevron Oronite کارهای بسیار پیشرفته‌ای در این زمینه انجام داده‌اند، اما آنچه که در این میان در زمینه فروش و بازاریابی چنین محصولات بسیار پیشرفته‌ایی مطرح می شود «بازه کاربردی» محصول است. وقتی صحبت از TBN بالاتر از 400 می‌شود، بازه کاربردی محصول عملا از دنیای روغن ‌موتورهای خودرویی خارج شده و وارد دنیای روغن‌های دریایی می‌شود. در صنعت کشتیرانی، موتورهای دیزلی عظیم‌الجثه‌ایی مانند موتورهای دو زمانه MAN B&W یا چهار زمانه Wärtsilä از مازوت بعنوان سوخت نفتی بسیار سنگین استفاده می‌کنند که ذاتا حاوی گوگرد بسیار زیادی (گاهی تا 3.5%) است. این سوخت‌ها در هنگام احتراق حجم عظیمی از اسید سولفوریک را تولید می‌کنند که باید خنثی شود. بهمین دلیل، صنعت کشتیرانی به ادتیوهای TBNی با گرید بسیار بالا (فراتر از TBN400) نیازمند است. در پاسخ به این نیاز،  Infineumبا معرفی ادتیوهای سری M700 و M800 سعی در خنثی‌سازی ترکیبات اسیدی حاضر در روغن های موتوری دریایی با TBN400~500 دارد که بطور خاص برای سیستم روغنکاری جداره سیلندر کشتی‌ها طراحی شده‌اند. Chevron Oronite نیز در همین راستا اقدام به معرفی OLOA 8900 بعنوان TBN400~700 نموده است. در آخر، Lubrizol نیز اقدام به معرفی سری LZ8100 بعنوان TBN400+ برای کاربردهای دریایی نموده است.

اما چرا در خودروها از TBN بالای 400 استفاده نمی‌شود؟ به دو دلیل: نخست، رسوب و تشکیل خاکستر ؛ ادتیوهای TBN بالا حاوی مواد معدنی زیادی (نمک های فلزی) هستند. استفاده از TBN400+ در یک موتور خودرویی کوچک باعث تولید خاکستر زیاد می‌شود که خود عامل گرفتگی کاتالیست و خرابی زودرس موتور است. دوم، نیاز واقعی؛ سوخت بنزین و گازوئیل پاک‌تر از سوخت کشتی‌هاست. یک روغن‌موتور باشاخص قلیاییت کل یا TBN 10~12 برای خودروهای بنزینی مدرن کاملاً کافی است. با این اوصاف، استفاده از  TBN400در موتورهای خودرویی هدر دادن پول است و نه تنها هیچ مزیت فنی ندارد، بلکه آسیب‌زا هم هست. بنابراین، در استانداردهای جهانی روغن خودرو مانند API و ACEA، سقف شاخص قلیاییت کل برای روغن‌های موتور سبک و سنگین خودرویی معمولاً زیر 15 (برای بنزینی) و کمتر از 12 (برای دیزلی کم‌گوگرد) تعریف شده است. بدین ترتیب، طبیعی است که ادتیوسازان پیشرویی چون Infineum تمرکز خود را روی بهینه‌سازی  TBN300~400برای روغن‌های صنعتی خاص بگذارند، نه برای کاربردهای خودرویی. فارغ از دلایل فوق، همانطور که قبلا نیز در این مقاله صحبت شد، هرچه گریدTBN  بالاتر رود، نگهداشت ذرات کلسیم یا منیزیم در محلول سخت‌تر می‌شود. بدین ترتیب، تولید ادتیو TBN400 برای مصارف کشتیرانی، اگرچه چالش دارد، اما از فناوری بالغی برخوردار است. اما، تولید ادتیوهای بالاتری چون TBN500~700 هنوز هم چالش‌برانگیز بوده و شرکت‌ها در حال تحقیق برای افزایش پایداری آنها هستند تا مدت زمان تعویض روغن در کشتی‌ها را تطویل کنند. بنابراین، ادتیوسازان پیشرو در زمینه تولید ادتیوهای TBN400+ فعالیت شدیدی دارند، اما محصولات آنها در بنادر و بمنظور تعمیرات کشتی‌ مصرف و خواهان دارد، نه در تعمیرگاه‌های خودرو.

در عین حال، روغن‌های مصرفی در کارخانجات تعمیرات جاری لکوموتیو نیز از مشتریان بالقوه روغن‌های موتور دریایی با درصد بالایی از ادتیوهای TBN400+ هستند! علت آنجاست که لکوموتیوها (بعنوان پیشران‌های دیزل-الکتریک و نه صرفا دیزل) از نظر فنی و عملکردی بیشتر به موتورهای کشتی نزدیکند تا به موتور کامیون‌های جاده‌ای. این شباهت و نزدیکی را می توان در سه بخش سوخت سنگین، کاربری سنگین، و طول عمر روغن موتور خلاصه کرد. بدین ترتیب که بسیاری از لکوموتیوها (بویژه در ناوگان ریلی ایران و برخی کشورهای منطقه که از راه‌آهنی قدیمیتر نسبت به همسایگان برخوردارند، مانند پاکستان، هندوستان، عراق، و ترکیه) همچنان از سوخت‌های سنگین (گازوئیل با کیفیت پایین‌تر نسبت به سوخت Euro4/5 کامیون‌ها) استفاده می‌کنند که حاوی گوگرد بالاتری است. در عین حال، لکوموتیوها ساعت‌های طولانی با توان بالا کار می‌کنند و دمای روغن در آن‌ها بسیار بالاتر از کامیون است. همین چرخه کاری (Duty Cycle) بالا باعث تولید اسید بیشتر در محیط روغن موتور آنها می شود. علاوه بر این، تعویض روغن لکوموتیوها معمولاً بر اساس ساعت کارکرد انجام می‌شود و فاصله سرویس‌ها در مقایسه با خودروهای سنگین جاده ایی بسیار طولانی است. با این اوصاف، برای اینکه روغن در تمام این مدت خاصیت قلیایی خود را از دست ندهد، باید از ذخیره TBN بسیار بالایی در همان ابتدای کار برخوردار باشد. بنابراین، استانداردهای روغن موتور لکوموتیو (مانند API CF-4 یا استانداردهای اختصاصی GE و EMD که به MI یا Maintenance Instruction معروفند) معمولاً به TBN بالاتر از 20 یا حتی 30 [6] در روغن موتور نیاز دارند که این امر مستلزم استفاده از ادتیوهای Over-based با TBN400 یا بالاتر در فرمولاسیون آن است.

6. چشم اندازه آینده

چشم‌انداز آینده صنعت روانکاری در خصوص ادتیوهای گروه TBN، تحت تأثیر دو نیروی متضاد اما مهم قرار دارد: مقررات زیست‌محیطی سخت‌گیرانه و نیاز به کارایی بیشتر در شرایط سخت. بطور کلی، آینده این ادتیوها را می‌توان در پنج محور اصلی خلاصه کرد:

6.1 روند قهقرایی TBN در خودروها

در صنعت خودرو، آینده بسمت TBNهای پایینتر در حرکت است. چراکه با کاهش گوگرد در سوخت‌ها (ملزم از سوی استانداردهای آلایندگی Euro5/6)، نیاز به خنثی‌سازی اسید کمتر شده و دیگر مانند گذشته نیست. در این بین، استانداردهای جدید مثل API SP یا GF-6 و همچنین استانداردهای نوین اروپایی، روی کمترین میزان خاکستر (معروف به Low-SAPS [1]) تاکید دارند که این خود مستلزم رواج کمتر مصرف ادتیوهای TBN است. بنابراین، چالش مهندسی در توسعه نسل جدید روغن های موتوری آن است که چگونه با TBN پایین‌تری مانند 6 یا 7 حفاظت موتور تضمین شود.

6.2 رونق  TBNدر صنایع دریایی

در نقطه مقابل خودروها، صنعت کشتیرانی بسمت TBNهای بسیار بالاتر می‌رود. چراکه با وجود مقررات IMO2020 دائر بر کاهش گوگرد سوخت مصرفی در ناوگان‌های دریایی، هنوز بخش زیادی از ناوگان جهانی از سیستم‌های تصفیه گاز (Scrubbers) استفاده می‌کنند که مصرف سوخت سنگین و پرگوگرد را مجاز می‌داند؛ و این یعنی تولید اسید زیاد. بدین ترتیب، می توان انتظار داشت که ادتیوهای TBN400/500 رواجی بیش از پیش خواهند داشت و حتی تحقیقات برایTBN600+ نیز بمنظور تطویل زمان تعویض روغن در سفرهای طولانی دریایی ادامه‌دار خواهد بود.

6.3 ظهور ادتیوهای هوشمند و نانو

همانطور که در بخش سوم این مقاله و جدول 1 شرح داده شد، فناوری تولید ادتیوهای TBN در حال تغییر از انحلال مواد معدنی در روغن بسوی سیستم‌های نانوساختاری است. این تغییر مستلزم استفاده از نانوذرات یا میسل‌هایی با ساختاری مهندسی شده است که فقط در زمانی که pH موتور پایین بیاید، فعال شوند. عملی که در ادبیات روانکاری به Smart Release معروف است که مستلزم حضور حجم بالایی از ادتیو TBN بالا در روغن موتور، اما بصورت غیرفعال است؛ مادامیکه اسید تولید شده و منجر به فعال شدن هوشمندانه ادتیو TBN بمنظور خنثی سازی آن شود. در غیر اینصورت، واکنشی در کار نخواهد بود.

6.4 جایگزینی مواد اولیه سنتی با Bio-basedها

بدلیل الزامات زیست محیطی نوین، ساختار شیمیایی ادتیوهای TBN لاجرم در حال تغییر است. روند این تغییر شامل حرکت از مواد اولیه نفتی بسمت مواد اولیه زیست‌پایه یا Bio-based است [9]. ناگفته پیداست که طی این روند مستلزم غلبه بر چالش های ویژه‌ایی است؛ از جمله آنکه تولید ادتیوهای TBN بالا از منابع تجدیدپذیر باید پایداری حرارتی لازم را داشته باشند. بنابراین، یکی از داغ‌ترین موضوعات تحقیقاتی در سال‌های آینده تولید ترکیبات پایداری از ادتیوهای TBN زیست‌پایه خواهد بود که از پایداری حرارتی لازم در برابر شرایط عملکردی موتورهای درونسوز برخوردار باشند.

شکل 5: نمونه تولید آزمایشگاهی گریس کلسیم سولفوناتی بیش‌قلیا با نام تجاری KELICO V با روغن سینتتیک استر بعنوان روغنی کاملا زیست‌تخریب‌پذیر توسط کمپانی SEQENS [9]

6.5 بهینه‌سازی مصرف انرژی

نسل آینده ادتیوهای TBN فقط برای جلوگیری از خوردگی نیستند، بلکه باید در صرفه‌جویی سوخت نیز نقشی فعال داشته باشند؛ فناوری که امروزه با عنوان RC (مخفف Resources Conservation) در ادبیات روانکاری اروپایی و Fuel Economy در ادبیات روانکاری امریکایی معروف است. بدین منظور، فرمولاسیون‌های جدید باید طوری باشند که اصطکاک را کاهش دهند بدون آنکه قدرت خنثی‌سازی اسید آنها افت کند. ناگفته پیداست که حفظ چنین بالانس شیمیایی ظریفی چقدر چالش برانگیز خواهد بود.

شکل 6: نمونه تولید صنعتی روغن موتور SAE 5W30 با کلاس کیفی API SP/RC تولید Columbia Motor Oil Srl ایتالیا در محل دفتر فروش این شرکت در ایران و عراق

در مقام جمع بندی، آینده ادتیوهای گروه TBN داستان دو قطب است: در یک سوی ماجرا، خودروهای سبک قرار دارند که بسمت TBNهای کمتر و روغن هایی پاک‌تر موسوم به Low-SAPS (مخفف Sulfated Ash, Phosphorus, Sulfur به معنی خاکستر سولفاته، فسفر و گوگرد کم) می‌روند تا از سلامت کاتالیست و به تبع آن، محیط زیست حفاظت کرده باشند (شکل 7 را ببینید).

شکل 7: اهمیت روغن‌های موتور Low-SAPS در افزایش طول عمر و کاهش هزینه‌های عملیاتی کامیون‌های دیزلی ترانزیت (این تصویر با کمک از ابزار هوش مصنوعی تهیه شده، اما تمامی داده‌های منجر به تهیه این تصویر از طرف مولف ارائه شده و مسئولیت کامل محتویات این شکل با مولف است)

سوی دیگر ماجرا، اما، صنایع سنگین و دریایی قرار دارند که بطرف TBNهایی هرچه بیشتر و توانمندتر می‌روند تا با شرایط سخت کاری مقابله کرده و عمر روغن را تطویل بخشند. به عقیده نگارنده، چنین اوضاع دوقطبی، برای ایران که در حال توسعه فناوری TBNهای کلاس 250~300 است، فرصتی طلایی در تمرکز بر صنایع دریایی و روغن‌های صنعتی خاص نهفته است؛ زیرا در این بخش‌ها نیاز به TBN بالا همچنان وجود داشته و کمتر تحت تأثیر تحریم‌های فناوری خودروهای روز اروپا قرار می‌گیرد.

7. نتیجه گیری

بررسی جامع ادتیوهای گروه TBN بیانگر آن است که این دسته از مواد شیمیایی، ستون فقرات حفاظت از موتور در برابر خوردگی اسیدی محسوب شده و آینده آنها در تقاطع دو نیروی متضاد مقررات زیست‌محیطی سخت‌گیرانه و الزامات عملکردی صنایع سنگین شکل می‌گیرد. در صنعت خودرو، چشم‌انداز آینده بسوی کاهش TBN و تولید ادتیوهای کم‌خاکستر یا Low-SAPS در حرکت است تا با سوخت‌های پاک و سیستم‌های تصفیه گاز پیشرفته سازگار شود؛ این نقطه عطف فنی، شرکت‌های پیشرو را وادار کرده است تا صرفا بجای افزایش شاخص قلیاییت کل، بر بهینه‌سازی ساختار میسل و افزایش کارایی شیمیایی تمرکز کنند. در مقابل، در صنایع دریایی و ریلی (مخصوصا روغن‌های موتور لکوموتیو)، آینده از آنِ ادتیوهای با TBNهای بسیار بالا (TBN400~700) است که برای خنثی‌سازی اسیدهای ناشی از سوخت‌های سنگین ضروری‌اند. این تقسیم‌بندی نشان می‌دهد که فناوری ادتیوهای دترجنت بیش‌قلیا دیگر یک مسیر خطی نیست، بلکه به شاخه‌های تخصصی برای هر کاربرد تبدیل شده است. مقایسه‌ایی از جزییات ساختاری، مکانیزم عملکردی، و دامنه کاربرد هریک از اعضای گروه دترجنت‌های بیش قلیا در جدول 3 خلاصه شده است:

جدول 3: مقایسه ایی کوتاه از ساختار، مکانیزم عملکرد، و دامنه کاربرد دترجنت‌های بیش‌قلیا

جدول 3 بیانگر آن است که سولفونات‌ها برای تولید گریس‌های پایه کلسیم کمپلکس، روغن‌های موتوری دیزل، و روانکارهای صنعتی با بار آلودگی بالا (منطبق بر استانداردهای زیست محیطی قدیمی) مناسبند. این دسته از دترجنت‌ها زمانی بهترین انتخابند که نیاز به برقراری تعادلی ظریف بین قیمت نهایی فرمولاسیون روانکار، در عین الزام به شویندگی قابل قبول در برابر دوده و رسوبات ناشی از مصرف سوخت‌های پرگوگرد، فارغ از استانداردهای سختگیرانه زیست محیطی باشد. از آنسو، فنات‌ها بیشتر در زمانی رخ می‌نمایند که نیاز به پایداری به دماهای کاری بالا (مانند موتورهای دوگانه سوز و برخی توربین‌ها) در عین توانایی ذاتی آنتی اکسیدانی در عین شویندگی دوده و رسوبات احتراقی معمول در بین باشد. اما، وقتی الزام به رعایت آخرین استانداردهای سختگیرانه زیست محیطی مانند API SP-RC, ILSAC GF-5/6, ACEA C-series (شکل 6 را ببینید) یا Euro 5/6 و تطابق با استاندارد Low-SAPS (شکل 8 را ببینید)، در عین رعایت الزامات کیفی سفت و سخت در باب مقاومت بسیار خوب به شرایط کاری سخت در میان باشد، بهترین انتخاب سالیسیلات‌ها خواهند بود. بدیهی است که در صورت برآورده‌سازی چنین سطحی از کیفیت و تطابق استانداردی، قیمت نهایی فرمولاسیون بالا خواهد بود. چراکه سولفونات‌ها بدلیل وجود گوگرد در ساختار خود، عموما برای فرمولاسیون‌ Low-SAPS مناسب نیستند؛ مگر اینکه با توسل به روش‌هایی خاص تولید شوند یا با دیسپرسانت‌های دیگر جایگزین گردند. البته فنات‌ها نیز هرچند از وجود گوگرد در ساختار خود بی‌نصیب نیستند، اما کنترل آن تاحدودی ممکن است. از آنسو، سالیسیلات ها از آنجا که کمترین میزان گوگرد را در ساختار خود دارند، بهترین گزینه برای دستیابی به گریدهای TBN بالا در عین رعایت محدودیت‌های Low-SAPS محسوب می‌شوند.

شکل 8: صحنه ایی از حضور نگارنده این مقاله در محل شرکت پولادین چرخ سبلان بعنوان دفتر فروش ایران و عراق کمپانی Columbia Motor Oils Srl ایتالیا بمنظور مطالعه مشخصات روغن موتور دیزلی SAE 15W40 با کلاس کیفی API CK-4 با مشخصه Low-SAPS جهت اخذ نمونه و ارسال به آزمایشگاه معتمد جهت اعتبارسنجی فناوری تولید بکار رفته

در سطح جهانی، همانطور که در بخش 3 این مقاله شرح داده شد، نقش بازیگران مختلف عرصه تولید ادتیوهای TBN نیز بر اساس بضاعت فناورانه و اهداف ژئوپلیتیک آنها شکل گرفته است. شرکت‌های چندملیتی امریکایی و اروپایی با تکیه بر فناوری‌های انحصاری و پیچیده میسل‌سازی و روکنشگرهای پیشرفته، بر تولید گریدهای بسیار بالا و تخصصی مسلط شده و مرزهای دانش را در پایداری کلوئیدی جابجا می‌کنند. از سوی دیگر، قدرت‌های نوظهور نظیر چین و هندوستان با تمرکز بر تولید انبوه ادتیوهای TBN پایین و متوسط، توانسته‌اند با قیمت رقابتی سهم عمده‌ای از بازارهای در حال توسعه را تصاحب کنند. برای ایران که در مسیر بومی‌سازی گریدهای TBN250~300 قرار دارد، این چشم‌انداز جهانی فرصتی ارزشمند محسوب می‌شود؛ تمرکز بر تأمین نیازهای داخلی و صادرات به کشورهای همسایه با گریدهای متوسط، در حالیکه تحقیق و توسعه برای دستیابی به گریدهای بالا ادامه دارد، استراتژی‌ای هوشمندانه برای عبور از وابستگی و دستیابی به خودکفایی در این صنعت استراتژیک است.

8. منابع و مآخذ

بمنظور تدوین مقاله حاضر، علاوه بر تجربیات شخصی در زمینه تولید ادتیوهای TBN350~400 در ایران که به حق یکی از موفقترین پروژه های مشترک بین دانشگاه آزاد و دانشگاه‌های دولتی بود، از 11 منبع معتبر نیز استفاده شده است که توصیه می‌شود جهت اطلاع از جزییات هریک از منابع بمنظور مطالعه بیشتر، به نسخه چاپی این مقاله در نشریه «نگهداری و تعمیرات در نفت، گاز، و پتروشیمی» مراجعه فرموده یا با آدرس http://www.netsanews.ir یا ایمیل آدرس‌های [e-mail]  یا [e-mail] مکاتبه فرمایید.