Veoma popularna tema danas, u ekonomski jakim i razvijenim zemljama, sa velikim težištem na zaštitu i održanje ekosistema u kojem ljudi rade i žive zajedno sa ostalim ovozemaljskim bićima, jeste tema o primeni, proizvodnji, skladištenju i uklanjanju tehničkih maziva (ulja i masti). Ekološka svest u celom svetu jača iz dana u dan, kako se klimatske promene sve učestalije dešavaju, a pored toga javljaju sve češće zdravstvena oboljenja koja se dovode u vezu sa prisustvom i negativnim uticajem ugljovodonika, kao osnovnog gradivnog elementa mineralnih maziva. Ovo ne treba da nas čudi s obzirom na to da je mehanizacija, koja koristi mineralna maziva, sveprisutna pri obavljanju raznih delatnosti, a posebno onih koje su direktno povezane sa životnim okruženjem i ishranom, odnosno poljoprivredna, vodoprivredna i šumarska delatnost.
Još 80-ih godina 20-og veka zemlje poput Austrije, Nemačke i Švajcarske su među prvima u svetu koje su donele zakonske odredbe kojima se u ekološki osetljivim područjima (na primer u blizini vodotokova, šuma) zabranjuje upotreba mineralnih maziva. Kao alternativa mineralnim uljima pojavila su se biorazgradiva ulja. Ona se u svetu zovu i imenima kao što su bio-ulja, eco-friendly ulja, ekološka ulja i slično.Biorazgradivim mazivima smatraju se sva maziva koja se usled isticanja iz sistema u okruženje (zbog havarije na radnoj mašini), u relativno kratkom vremenskom periodu razgrade, a da pri tome nemaju (ili imaju minimalno dozvoljen) štetan efekat po zemlju, vodu, životinjski i biljni svet. Da bi se deklarisala kao biorazgradiva, maziva moraju proći niz standardizovanih testova, među kojima su najvažniji test biorazgradivosti, ekotoksičnosti i bioakumulacije. Prolaskom na ovim testovima, ulje dobija Ecolabel ili neki drugi važeći sertifikat.
Biološka razgradivost se može definisati kao sposobnost razgradnje organske materije od strane mikroorganizama. Testovi za utvrđivanje biološke razgradivosti daju nam informacije o brzini razgradnje ulja i krajnjim produktima nakon razgradnje. Ulje dobija epitet biorazgradivo, ukoliko se razgradi više od 60% u roku od 28 dana prema OECD 301 B, C, D i F metodi, više od 70% u roku od 28 dana prema OECD 301 A iE metodi, ili više od 80% u roku od 21 dan prema CEC L-33-A-93 metodi. Produkti procesa biorazgradnje ulja su ugljendioksid, voda i biomasa.
Testovi toksičnosti (OECD 201, 202, 203, 204, 209 i 210) imaju za cilj da izmere koncentraciju maziva koja izaziva smrtnost organizama. Rezultati laboratorijskih ispitivanja izraženi su preko vrednosti efektivne koncentracije (EC) i smrtonosne koncentracije (LC). Na primer EC 0 - predstavlja najvišu ispitivanu koncentraciju kod koje nema delovanja ulja na test organizme, EC 50 - je ispitivana koncentracija kod koje dolazi do delovanja ulja na 50% test organizama, i EC 100 - predstavlja najnižu koncentraciju kod koje dolazi do delovanja ulja na 100% test organizama. Kao test organizmi koriste se alge, rakovi, ribe i slično.
Bioakumulacija je akumuliranje hemikalija unutar tkiva organizma tokom vremena. Što je organizam duže izložen hemikaliji i što duže živi, duža je akumulacija hemikalija u tkivima. Ako se hemikalija sporo razgrađuje ili sporo izbacuje iz organizma, koncentracija te hemikalije će se povećavati, te u određenom trenutku dovesti do štetnih bioloških efekata.
Prema američkom institutu API (American Petroleum Institute), biorazgradiva ulja su svrstana u V grupu i proizvode se od sledećih tipova baznih ulja: sintetičkih estara (HEES - oznaka prema ISO 6473-4 standardu), triglicerida (HETG), poliglikola (HEPG) i polialfaolefina (HEPR). Neke od njihovih karakteristika su date u tabeli 1.
Starije generacije biorazgradivih ulja, koja su se namešavala od biljnih baznih ulja lošijeg kvaliteta i aditiva namenjenih prvenstveno za mineralna ulja, imala su loše performanse na niskim radnim temperaturama, kratak radni vek, ne dovoljno dobru zaštitu komponenti od habanja i znatno višu cenu u odnosu na mineralna ulja. Sipanjem ovih ulja u radnu mašinu dovodila se u pitanje njena pouzdanost u radu i opasnost da stradaju skupi elementi hidrauličkog sistema. Danas to nije slučaj zato što su na bazi pređašnjeg iskustva razvijena nova bazna ulja kao i aditivi specijalno namenjeni za namešavanje biorazgradivih ulja. Današnja sintetička ulja imaju veoma dobru biorazgradivost i mogu se koristiti na ekstremno niskim (-50°C) ili visokim temperaturama (120°C) temperaturama, a biljna ulja, dobijena selektivnim uzgojem i genetskim modifikovanjem biljnog semena, mogu da ostvare dužinu radnog veka poput mineralnih ulja. Savremena biorazgradiva ulja zadovoljavaju, pa čak i prevazilaze zahteve većine industrijskih standardizovanih testova za hidraulička ulja poput: Vickers 35VQ-25, Denison HF-0, HF-1, HF-2, Cincinati Milacron P-68 i P-70, DIN 51524-2-10 i drugi.
Svaki tip ulja je podesan za korišćenje u određenim aplikacijama i radnim uslovima. U odnosu na navedena četiri tipa baznog ulja, najšire i najčešće se primenjuju HEES i HETG ulja. HEES ulja ili sintetički estri su prvi put proizvedena krajem 50-ih godina prošlog veka. Dobijaju se u hemijskoj reakciji alkohola i kiselina. Postoji široka lepeza sintetičkih estara, naravno različitih karakteristika. Sintetički estri pružaju odličnu otpornost na oksidaciju i nisku tačku stinjavanja, tako da mogu biti korišćena u širokom opsegu radnih temperatura. HETG ili prirodni estri se dobijaju najčešće ceđenjem semena uljane repice, suncokreta ili soje. Imaju odličnu biorazgradivost (do 100%) i nisku toksičnost. Njihova negativna strana je što biljna ulja imaju kraći radni vek, zbog loše termičke, oksidacione i hidrolitičke stabilnosti. Sa druge strane, biljna ulja imaju odlično svojstvo podmazivanja i prirodno veoma visok viskozitetni indeks (>200), a osim toga i visoku tačku plamišta. HEPG ulja su ulja koja je razvila američka mornarica u prvoj polovini 40-ih godina prošlog veka (tokom II svetskog rata) kao odgovor na požare usled zapaljenja hidrauličkog ulja na brodovima. Zbog dobre vatrootpornosti i niske isparljivosti ova ulja su, osim u hidrauličnim sistemima, pogodna za: podmazivanje pri obradi metala rezanjem, ulja za kočnice, ulja za kompresore rashladnih sistema, ulja za termičku obradu i slično. HEPR ulja su razvijena 30-ih godina prošlog veka, a prvi put upotrebljena kao komercijalno motorno ulje 70-ih godina prošlog veka. Danas se najčešće primenjuju kao ulja za SUS motore, transmisiju, hidrauličke sisteme, zupčaste prenosnike i ležaje. Biorazgradivost ovih ulja je ograničena na ulja nižih viskozitetnih gradacija.
Biorazgradiva ulja se uobičajeno koriste u situacijama gde postoji verovatnoća isticanja manje količine fluida iz sistema, koju je veoma teško sprečiti, kao što je to slučaj kod starih mobilnih mašina. Druge situacije uključuju aplikacije kod kojih postoji mala mogućnost isticanja ulja, ali koja može da izazove ozbiljne probleme po okruženje (brane na rekama, hidroelektrane, hidraulični mostovi i slično).
Ulja na sintetičkoj bazi se preporučuju za aplikacije koje rade na niskim ili visokim temperaturama, i kod onih aplikacija koje zahtevaju dug radni vek ulja. Kod ovakvog načina primene opravdani su visoki troškovi nabavke i zamene ulja. Biljna ulja se preporučuju za aplikacije koje uobičajeno rade na temperaturama donajviše 70°C, za niske i srednje radne pritiske.
Pravim odabirom biorazgradivih ulja, vlasnici mašina sa hidrauličkim pogonom danas mogu da istovremeno zaštite svoje mašine od otkaza, ali i okruženje - vodu, šume, njive, životinje i hranu. U razvijenim zemljama je to već u praksi, naročito onim gde je to zakonom regulisano, a polako ali sigurno taj trend dolazi i kod nas.Pravi odabir hidrauličkog ulja podrazumeva da se obavezno uzmu u razmatranje parametri kao što su vrednosti radnih pritisaka, ambijentalna i radna temperatura, kompatibilnost sa zaptivačima, filtrabilnost, troškovi i drugo.
Reference
1. Mannesmann Rexroth, Environmentally Acceptable Hydraulic Fluids.
2. Totten, G.E., Reichel, J., Kling, G.H. (1999), Biodegradable Hydraulic Fluids: A Review, Fluid Power International Symposium.
3. Leugner, L. (2005) The Practical Handbook of Machinery Lubrication, Maintenance Technology International, Canada.
4. Sundin, D. (2013) Sorting out environmentallyacceptable fluids, Hydraulics & Pneumatics.
Autori:
Dr Velibor Karanović, docent na Fakultetu tehničkih nauka u Novom Sadu
Dr Mitar Jocanović, vanredni prof. na Fakultetu tehničkih nauka u Novom Sadu
MSc Marko Orošnjak, asistent na Fakultetu tehničkih nauka u Novom Sadu