CH331770A

CH331770A - Verfahren zur Erhöhung der Schmelzgeschwindigkeit von Schnee und Eis

Info

Publication number: CH331770A
Authority: CH
Inventors: Ingemar Groth Kjell Johan
Original assignee: Ingemar Groth Kjell Johan
Priority date: 1953-09-30
Filing date: 1954-09-28
Publication date: 1958-08-15

Description

Verfahren zur Erhöhung der Schmelzgeschwindigkeit von Schnee und Eis Das Schmelzen von Schnee und Eis er folgt zur Hauptsache unter dem Einfluss der Strahlungsenergie der Sonne. Es wird jedoch nur ein kleiner Teil dieser Energie absor biert, und dieser kleine Teil. wird teilweise für die Verdunstung des Schmelzwassers und teilweise für die Sublimation von Schnee und Eis verbraucht. Auf Sehneefeldern, die frei sind von fremden Stoffen, wird die Absorption der Sonnenenergie besonders gering sein, da der grösste Teil der Strahlung reflektiert wird. In der Nähe von besiedelten Gegenden sind die Bedingungen etwas anders, da hier die Schneefelder bis zu einem gewissen Grade mit Itussteilchen bedeckt sind, welche die Strahlung vollständig absorbieren.

Doch wer den diese Teilchen dabei erwärmt und sinken durch die Sehneeschicht nach unten, so dass ihre Wirkung nur zeitweilig ist.

Es wurde gefunden, dass das Schmelzen von Schnee und Eis gefördert werden kann, wenn man auf die Oberfläche von Schnee- und Eisfeldern polare organische Substanzen, zweckmässig in dünner Schicht, aufbringt, welche die Verdampfung des Schmelzwassers und die Sublimation des Schnees und Eises herabsetzen, so dass die Sonnenstrahlungsener- gie in erster Linie für den Schmelzvorgang nutzbar gemacht wird.

Wie bekannt, sind die latente Verdampfungswärme des Wassers und die latente Sublimationswärme des Schnees (595 bzw. 675 kcal/kg) viel grösser als die latente SchmeUwärme des Schnees (80 kcallkg). Demzufolge ist eine gewisse Menge absorbier ter Sonnenenergie befähigt, mehr Schnee zu entfernen, wenn man die Verdampfung und Sublimation zugunsten des Schmelzens herab setzt, so dass der Schmelzprozess stark be- sehleunigt wird.

Durch Untersuchungen, die unabhängig von dieser Erfindung durchgeführt wurden, ist festgestellt worden, dass eine Schneefläche bis zu -7 mit einer mindestens monomoleku lar en Wasserschicht bedeckt ist. Die nach der Erfindung aufgebrachten polaren orga nischen Substanzen bewirken nun eine Hydro- phobisierung der Sehneefläche, wobei die er wähnte Wasserschicht verdrängt wird. Bei einer nachfolgenden Verdampfung von der Schneefläche müssen die Wassermoleküle so mit durch eine zwar dünne, aber jedoch dicht gepackte hvdrophobe Schicht durchdringen. Dazu wird eine zusätzliche Energiemenge be nötigt, und wenn eine solche nicht vorhan den ist, wird die Wasserverdampfung ge hemmt.

Zur Herabsetzung der Verdampfung kann man polare Substanzen, wie Fettsäuren, Keto- säuren oder Harzsäuren, die Salze dieser Säuren mit einwertigen, zweiwertigen oder mehrwertigen Metallen, Derivate der genann ten Säuren, wie Alkohole, Nitrile, Amine usw., sulfonierte, sulfatierte oder phosphatierte aro matische, alkylaromatische, alieyklische oder aliphatische Xohlenwasserstoffe oder Verbin dungen, die erhalten wurden durch Einfüh rung von Hydroxyl- oder Ketogruppen,

in diese Substanzen oder Verbindungen in Form von Estern oder Äthern von Carboxy- oder Hydroxyv erbindungen und Polyäthylengly- kole verwenden. Diese Substanzen können ent weder für sich allein oder in Form verschie dener Mischungen verwendet werden. Stoffe, die sieh am besten eignen, sind zum Beispiel Alkohole mit mindestens 12 Kohlenstoffato- men, wasserunlösliche Ester von Fettsäuren (mit mindestens 12 Kohlenstoffatomen) und Polyglykolen oder wasserunlösliche Äther von Alkoholen (mit mindestens 12 Kohlenstoff atomen) und Polyglykolen.

Die Substanzen können in feinverteiltem festem oder flüssigem Zustand aufgebracht werden und sie können auch in einer geeig neten Flüssigkeit gelöst oder dispergiert sein. Wenn man wasserunlösliche Stoffe in )V asser dispergiert, so kann dies vorzugsweise unter Mitverwendung eines Emulgators geschehen. Die Verteilung kann von Flugzeugen oder von im Gebiet errichteten Türmen aus ge schehen, wobei die Lösung oder Dispersion in Form eines Nebels in der Richtung des Windes versprüht wird. Bei Verwendung eines Flugzeuges kann man in kurzer Zeit ein sehr grosses Gebiet bedecken.

Die erforder liche Substanzmenge kann sehr klein sein. Die Dicke des auf den Schnee oder das Eis auf gebrachten Films kann mono-, di- oder multi molekular sein.

Als Beispiel für eine zur Verteilung ge eignete Mischung kann folgendes Rezept an gegeben werden:
EMI0002.0022

Stearylalkohol <SEP> 451/o
<tb> Cetylalkohol <SEP> 45%
<tb> Laurylalkohol <SEP> 511/0
<tb> Oetylalkohol <SEP> 10/0
<tb> Morpholinstearat <SEP> 2,0/0
<tb> Morpholin <SEP> 2 <SEP> /a. In dieser Mischung sind der Stearyl- und Cetylalkohol die die Verdampfung herab setzenden Substanzen, während die andern Bestandteile die Ausbreitung zu einem mono- molekularen Film auf der Sehneeoberfläehe beschleunigen.

Eine geschmolzene und flüssige Mischung der oben genannten Zusammenset zung kann mittels einer motorgetriebenen Farbspritzanlage, die auf 70 C erwärmt ist, in feinverteiltem Zustand versprüht werden. Nach dein Austritt in die Luft verfestigt sich die Mischung sogleich zu einem feinen Pulver, das auf den Schnee niederfällt. Auf diese Weise erhält man eine Abnahme der Ver- dampfungsgeschwindigkeit auf die Hälfte.

Oft wird eine gleichmässigere Verteilung erreicht, wenn die wasserunlösliche Substanz in Form einer Lösung vorliegt. So kann zum Beispiel eine Fettsäure durch Zusatz von Alkali, wie Natriumhy droxy d, in die Wasser lös liche Form übergeführt werden, wobei der P -#Vert dieser Lösung etwa10 beträgt. Dieser H- t' hohe pH-Wert erleichtert die Ausbreitung in dünner Schicht über eine grosse Fläche.

Nach dem Ausbreiten der Lösung auf dem Schnee oder Eis wird ihr p,1-Wert zufolge der Verdünnung und der Einwirkung der Kohlensäure in der Atmosphäre abnehmen, so dass die gelöste Substanz in ihre weniger lös liche Form übergeht und man einen dicht ge- packten Oberflächenbelag erhält. Dieser Effekt kann weiter erhöht werden, indem man die Lösung mit Natriumsulfit puffert. Nach dein Ausbreiten werden die Sulfite durch den Luftsauerstoff oxydiert, wobei die stärker sauren Sulfate entstehen.

Man kann auch Aluminiumsulfat oder Kalziumehlorid zu setzen, um einen dicht gepackten Oberflächen film zu erhalten.

Man kann den eine verminderte Verdamp fung bewirkenden Stoffen auch Substanzen, die das Licht, absorbieren, wie zum Beispiel Farbpigmente, zusetzen. Es ist bereits früher vorgeschlagen worden, Farbpigmente auf einem Schneefeld auszubreiten und das Schmelzen durch Absorption von Strahlungs energie zu beschleunigen. Das Ergebnis war dabei aber genau das gleiche, wie eingangs im Zusammenhang mit den Russteilchen er wähnt wurde; die Farbstoffteilehen absor bieren Wärme und sinken durch die Schnee schicht nach unten. Das Pigment sollte hydrophob sein, damit es in dem hydrophoben Film der die Ver dampfung herabsetzenden Substanz zurück gehalten wird.

Ein gewöhnliches anorganisches Pigment wird hydrophob, wenn man es mit aus der Flotationstechnik bekannten Mitteln. behandelt, zum Beispiel sogenannten Samm lern . Verwendet man zum Beispiel rotes Eisenoxyd, so kann man dasselbe vorgängig dureh Behandlung mit Natrium-hexylxantho- genat hydrophobieren. Zum gleichen Zwecke kann man auch Palmit.ylsulfat verwenden.

Eine geeignete Mischung hat beispielsweise folgende Zusammensetzung:
EMI0003.0011

Rotes <SEP> Eisenoxyd <SEP> 201)4
<tb> Palmitylsulfat <SEP> 211/0
<tb> Cetylalkohol <SEP> 31911/o
<tb> Stearylalkohol <SEP> 39 <SEP> % Das Eisenoxyd wird vorzugsweise mit einer ueschlossenen Mischung der drei organischen Komponenten vermischt.

In gewissen Fällen wird die Ausbreitung erleichtert, wenn eine oder mehrere der zuzu setzenden Substanzen, wie Aluminiumsulfat, Natriunrsulfit, Natriumhydroxyd und Farb- pigment für sich oder als separate Mischung gleielrzeitig mit oder nach den die Verdamp fung herabsetzenden Substanzen verteilt wer den.

(Temäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es möglich, die Verdamp fung herabsetzende Substanzen zu verwen den, die gleichzeitig die Eigenschaft haben, die Absorption der Sonnenenergie zu er höhen. Solche Substanzen können Farbpig mente mit einem hydrophoben Teil und einem hydrophilen Teil sein, (las heisst Pig mente, die eine lange gesättigte Kohlen- wasserstoffkette besitzen. Eine solche Sub stanz wird zum Beispiel erhalten durch Kuppeln eines basischen Farbstoffes mit einer gesättigten.

Fettsäure mit mehr als 12 Kohlenstoffatomen in der Kette oder durch Kuppeln eines sauren Farbstoffes mit einem gesättigten Amin, das mehr als 12 Koh- leristoffatome in seiner Kette enthält. Die Menge der Mittel, die erforderlich sind, um das Schmelzen eines Schneefeldes unter dem Einfluss von Strahlungsenergie zu fördern, hängt in hohem Masse von der wirksamen Oberfläche des Schnees ab. Diese wirksame Oberfläche nimmt mit fortschrei tendem Schmelzen beträchtlich ab, und un ter idealen Bedingungen weicht sie nicht stark von der geometrischen Oberfläche ab.

Verwendet man eine Fettsäure, wie Palmi- tinsäure, zur Herabsetzung der Verdamp fung, so lässt sich errechnen, dass jedes Mole kül eine Fläche von 30 A2 (Angströmeinhei- ten) bedeckt.

Daraus ergibt sich die für einen Quadratkilometer erforderliche Menge Palmi- tinsäure zu
EMI0003.0037

0,25625
<tb> = <SEP> 1,4 <SEP> kg <SEP> Palmitinsäure.
<tb> 30 <SEP> -10-16. <SEP> 6,06 <SEP> .1013 Das neue Verfahren zur Herabsetzung der Verdampfung und Förderung des Schmel zens von Schnee und Eis kann in verschie denen Fällen praktisch Anwendung finden, wie beispielsweise: 1. Zur Herabsetzung der Verdampfung und Förderung des Schmelzens von Schnee feldern im Einzugsgebiet von Flüssen im Frühling und Frühsommer. Durch Ausdeh nung der Schneeschmelze über eine längere Zeitperiode kann man grössere Mengen elek- triseher Energie gewinnen.

2. Zur Regulierung der Schneeschmelze in solcherWeise, dass die Gefahr von überschwem- mungen während der Frühlingsflut herabge setzt wird. Zu diesem Zweck werden die das Verdampfen herabsetzenden Substanzen zu nächst über den Unterlauf des Flusses aus gebreitet und nachher über den höheren Re gionen desselben.

3. Zur Erleichterung des Winterverkehrs in Häfen und Hafeneingängen und zur Er möglichung des früheren Aufbr echens von Kanälen.

4. Zur Erleichterung der Entfernung des Schnees von Strassen, Flughäfen usw.

5. Zur Ermöglichung der Ausdehnung der Vegetationsperiode durch Beschleunigung der Schneeschmelze nach schneereichen Wintern oder nach späten Schneefällen.

Claims

PATENTANSPRUCH Verfahren zur Beschleunigung des Schmel zens von Schnee und Eis, dadurch gekenn zeichnet, dass man auf die Oberflächen von Schnee- und Eisfeldern polare organische Substanzen aufbringt, welche die Verdamp fung des Schmelzwassers und die Sublimation des Schnees und Eises herabsetzen, so dass die Sonnenstrahlungsenergie in erster Linie für den Schmelzvorgang nutzbar gemacht wird. UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass man als die Ver dampfung herabsetzende polare organische Substanzen organische Säuren, zum Beispiel Fettsäuren, Ketosäuren, Harzsäuren, oder die Salze solcher Säuren verwendet. 2.

Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass man als die Ver dampfung herabsetzende polare organisebe Substanzen Alkohole verwendet. 3. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass man als die Ver dampfung herabsetzende polare organische Substanzen Stickstoffverbindungen, zum Bei spiel Nitrile oder Amine, verwendet. 4. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass man als die Ver dampfung herabsetzende polare organiselie Substanzen sulfonierte Kohlenwasserstoffe ver wendet. 5.

Verfahren nach Patentanspruch, - da durch gekennzeichnet, dass man als die Ver dampfung herabsetzende polare organiselie Substanzen Schwefelsäure- oder Phosphor säureester verwendet. 6. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass man als die Ver dampfung herabsetzende polare Substanzen wasserunlösliche Polyglykolverbindungen, zum Beispiel Polyglykolester mit mindestens 1\3 Kohlenstoffatome enthaltenden Fettsäuren oder wasserunlösliche Polyglykoläther mit. mindestens 12 Kohlenstoffatome enthaltenden Alkoholen, verwendet. 7.

Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass man als die Ver dampfung herabsetzende Substanz eine alka lisch reagierende Salzlösung verwendet, die eine Puffersubstanz, zum Beispiel Natrium- su'lfit, enthält, welche nach dem Aufbringen der Lösung den pii-Wert herabsetzt. B. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass mau als die Ver dampfung herabsetzende Substanz eine alka lisch reagierende Salzlösung verwendet, die ein Salz eines zwei- oder dreiwertigen Me- talles, zum Beispiel Kaliumchlorid oder Alu miniumsulfat, enthält. 9.

Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass man der die Ver dampfung herabsetzenden polaren Substanz ein h,ydrophobes anorganisebes Farbpigment zusetzt. 10. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass Salze zweiwertiger Metalle und Farbpigmente getrennt, gleieli- zeitig mit oder nach dem Aufbringen der die Verdampfung herabsetzenden polaren Sub stanzen aufgebracht werden. 11.

Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass als die Verdamp fung herabsetzende polare Substanz ein Farb stoff mit. einem hy drophoben und einem hy dro- philen Teil verwendet wird. 12. Verfahren nach t iiteranspi neli 11, da durch gekennzeichnet, dass als die Verdamp fung herabsetzende polare Substanz ein Stoff verwendet wird, der Bure h Kuppeln eine basiseben Farbstoffes mit einer gesättigten, mehr als l\? Kohlenstoffatonie enthaltenden Fettsäure erhältlich ist. 13.

Verfahren nach 1Tnterangprueli 11, da durch gekennzeichnet, dass als die Verdamp fung herabsetzende polare Substanz ein Stoff verwendet wird, der durch Kuppeln eines sauren Farbstoffes mit einem gesättigten, mindestens 1\? Kohlenstoffatome enthaltenden Amin erbältlieli ist.