Smary można znaleźć wszędzie, gdzie spojrzymy, od samochodów i statków po fabryki i domy. Sprawiają, że wszystko działa płynnie, a także pomagają oszczędzać energię. Bez smarów nasze maszyny po prostu się zatrzymałyby.

Oleje smarowe istnieją od tysiącleci, a nawet były wykorzystywane do budowy piramid w starożytnym Egipcie. W miarę rozwoju maszyn, smary ulegały radykalnym zmianom, aby dotrzymać kroku. Dzisiaj tworzenie nowych środków smarnych wymaga precyzyjnej kontroli ich struktur molekularnych.

Przeszliśmy długą drogę od czasów, kiedy olej smarny był tylko kolejną frakcją ropy naftowej. Na przykład oleje, które przepływają prawie jak woda, smarują nasze silniki samochodowe, znacznie poprawiając zużycie paliwa i pomagając oszczędzać energię.

Smary odgrywają również kluczową rolę w zmniejszaniu ilości energii zużywanej przez sprzęt w fabrykach i w domu.

Laboratoria badawcze prześcigają się w pracach nad stworzeniem coraz doskonalszych smarów, które oszczędzają energię i pomagają chronić środowisko.

Postęp w dziedzinie olejów silnikowych nowej generacji

Badania i rozwój w zakresie olejów silnikowych o ultra niskiej lepkości

Konieczność ograniczenia emisji CO2 z samochodów spowodowała zapotrzebowanie na oleje silnikowe o znacznie lepszych parametrach oszczędzających paliwo. Jednym ze skutecznych sposobów na poprawę wydajności paliwa jest obniżenie lepkości oleju silnikowego. Lista klas lepkości SAE obejmuje obecnie niższe klasy lepkości (Rys. 1), a w rosnącej liczbie samochodów można stosować oleje silnikowe o niskiej lepkości. Japonia jest krajem, w którym przejście na oleje silnikowe o niższej lepkości rozpoczęło się wcześniej niż w wielu innych.

Rys. 1 - Normy lepkości oleju silnikowego (klasy lepkości SAE)

Patrząc w przyszłość na następną generację, właściciel marki ENEOS JXTG Nippon Oil & Energy obecnie pracuje nad rozwojem olejów silnikowych o bardzo niskiej lepkości, które zapewniają jeszcze większą oszczędność paliwa. Kluczowym elementem pozwalającym na stworzenie takiego oleju silnikowego jest wysoki wskaźnik lepkości (VI). Rysunek 2 pokazuje zależność między temperaturą a lepkością w oleju silnikowym. Jak widać, olej silnikowy ma wyższą lepkość w niższych temperaturach, co zwiększa opór wewnątrz silnika. Olej o wysokim wskaźniku lepkości będzie miał niższą lepkość w niskich temperaturach, co przekłada się na większą oszczędność paliwa. Podstawowym składnikiem dowolnego oleju silnikowego jest olej bazowy. Aby stworzyć olej silnikowy o bardzo niskiej lepkości i wysokim wskaźniku lepkości, bardzo ważne jest użycie oleju bazowego o wysokim wskaźniku lepkości. Korzystając z WBASE, technologii oleju bazowego „ultra-high VI”, opracowanej w laboratoriach JXTG nad stworzeniem olejów silnikowych „high VI” o ultra niskiej lepkości i wyjątkowej wydajności oszczędzania paliwa (Rys. 2).

Rys. 2 – Zależność pomiędzy lepkością oleju silnikowego i temperaturą

Technologia ZP

ZP jest jednym z wielu dodatków, które stosowane są w olejach silnikowych ENEOS. Zastosowanie ZP nie tylko redukuje ilość osadu i lakieru wewnątrz silnika, ale także wydłuża żywotność oleju silnikowego. W rzeczywistości oleje silnikowe ENEOS z zastosowaniem ZP zapewniają czystość silnika na dwa razy dłużej niż produkty konwencjonalne.

Rys. 3 - Osady w pokrywie głowicy silnika (po przetestowaniu silnika 200 godzin)

Jaka jest różnica pomiędzy ZP i konwencjonalnymi dodatkami

Przez dziesięciolecia oleje silnikowe były wytwarzane z zastosowaniem dodatku wielofunkcyjnego o nazwie ZDDP, który ma właściwości przeciwutleniające i przeciwzużyciowe. Problem polega na tym, że cząsteczki ZDDP zawierają siarkę (S), która powoduje większą ilość osadów w silniku i krótszą żywotność oleju. W dodatku ZP atomy siarki znajdujące się w ZDDP zostały zastąpione tlenem (O).

Rys. 4 - Różnica w budowie cząsteczkowej ZDDP i ZP

Odkrycie ZP

ZP odkryto poprzez badania mechanizmu rozkładu ZDDP. Szczegółowe badania rozkładu ZDDP wykazały, że podczas spalania w silniku, ZDDP utlenia się i rozkłada do ZP i związków siarki, takich jak siarkowodór. Związki siarki reagują z wodą dając kwas siarkowy, powodujący zużycie podstawowych detergentów w oleju silnikowym i zmniejszający skuteczność czyszczenia oleju. ZP nie zawiera siarki, co oznacza, że po jego rozkładzie nie powstają związki siarki. W trakcie badań nasunęła się koncepcja, że zastosowanie ZP zamiast ZDDP pozwoliłoby na uniknięcie problemów spowodowanych tworzeniem się kwasu siarkowego i umożliwiłoby dłuższe działanie detergentów.

Rys. 5 - Hydroliza ZDDP

Jednak siarka w ZDDP wpływa również pozytywnie na wydajność oleju silnikowego. W związku z tym połączono ZP z innymi dodatkami, aby stworzyć technologię, równie dobrą lub lepszą od technologii olejów opracowanych z użyciem ZDDP. Następnie połączono technologię ZP z oszczędzającym paliwo olejem bazowym WBASE i opracowano olej silnikowy ENEOS SUSTINA.

Opracowanie JAST: Technologia zmiękczania popiołu JXTG

Dywersyfikacja morskich olejów cylindrowych i paliw morskich

Olej silnikowy pełni kilka funkcji. Jedną z nich jest ochrona silnika przed korozją poprzez neutralizację kwasu siarkowego powstającego w wyniku reakcji z udziałem siarki w paliwie. Kwas ten neutralizują składniki alkaliczne (głównie węglan wapnia) zawarte w dodatkach zwanych detergentami metalicznymi. W szczególności morskie oleje cylindrowe są sporządzane z większą zawartością detergentów metalicznych, ponieważ silniki okrętowe często pracują na paliwach (olej ciężki) o wysokim stężeniu siarki.

Tymczasem w obliczu rosnącej dbałości o ochronę środowiska morskiego zaostrzono ograniczenia dotyczące zawartości siarki w paliwach. Obecnie istnieją ograniczenia dotyczące zawartości siarki w paliwach stosowanych na otwartym morzu, a nawet surowsze ograniczenia, które mają zastosowanie do obszarów wyznaczonych jako obszary kontroli emisji (Emission Control Areas - ECA). Ponieważ górne limity stężenia siarki w paliwie różnią się na otwartych morzach i obszarach kontroli emisji, statki przewożą zarówno paliwa o wysokiej jak i o niskiej zawartości siarki w zależności od potrzeb i sytuacji. Jeżeli olej do cylindrów okrętowych nie zawiera wystarczającej ilości detergentów metalicznych, aby poradzić sobie z paliwem o wysokiej zawartości siarki, kwas siarkowy nie zostanie w pełni zneutralizowany, co spowoduje korozję i zużycie silnika. I odwrotnie, w przypadku paliw o niskiej zawartości siarki nadmiar detergentów metalicznych w oleju cylindrowym może prowadzić do tworzenia twardych osadów popiołu na tłokach, które są przyczyną zużycia (polerowanie). Oznacza to, że w przypadku stosowania paliw o różnych stężeniach siarki w silnikach okrętowych, konieczne jest przejście z jednego oleju cylindrowego do drugiego, z których każdy ma inny poziom działania neutralizującego kwas.

JAST: Technologia zmiękczania popiołu JXTG

Specjaliści JXTG pracują nad unikatowymi technologiami, które umożliwiają stosowanie jednego rodzaju oleju do cylindrów morskich, nawet na statkach wykorzystujących paliwa o wysokiej i niskiej zawartości siarki. Jednym z takich przykładów jest JAST (technologia zmiękczania popiołu JXTG). Technologia ta stosowana jest w morskich olejach cylindrowych w celu zmiękczania osadów popiołu, które zwykle są dość twarde. Gdy popiół jest miękki, łatwo się kruszy i nie gromadzi się na ruchomych tłokach, co pomaga zapobiegać uszkodzeniom spowodowanym polerowaniem. Technologia JXTG okazała się skuteczna przy zastosowaniu w rzeczywistych silnikach. Wykazano, że dzięki niej tłoki pozostają czyste podczas długotrwałej pracy.