Международный коллектив химиков разработал нанопокрытие, ускоряющее формирование капель воды внутри теплобменников ТЭС и повышающее эффективность работы электростанций примерно на 2%. Его повсеместное применение позволит снизить ежегодные выбросы CO2 на 460 млн тонн. Работа была опубликована в журнале Nature Communications.
Ненад Милькович, профессор Университета штата Иллинойс в Урбана-Шампейн, заявил:
«Человечество не сможет отказаться от использования ископаемого топлива на протяжении как минимум ста лет. За это время будет выброшено большое количество парниковых газов в атмосферу. Если наше покрытие будет использоваться на глобальном уровне, то оно позволит значительным образом сократить объем этих выбросов, а также заметно снизить уровень потребления воды уже существующими электростанциями»
Созданное учеными покрытие представляет собой набор из множества мельчайших частиц из соединений фтора, кремния и углерода. По своей структуре эти наночастицы напоминают алмаз, а также они необычно хорошо отталкивают воду, благодаря чему конденсирующийся на их поверхности пар быстро превращается в капли.
Последнее, как отмечают ученые, выгодно отличает созданное ими покрытие от трубок из меди и других металлов, применяемых при сборке теплообменников ТЭС и обладающих гидрофильными свойствами. Как правило, на поверхности этих трубок формируются не капли, а пленка из воды, которая ухудшает теплообмен между охлаждающей жидкостью и паром из турбин электростанции и увеличивает расход воды на работу ТЭС.
Химики обнаружили, что эффективность теплообмена в этом блоке электростанции можно увеличить примерно в два десятка раз, если нанести на медные трубки многослойное покрытие из аморфного углерода в комбинации с титаном и соединениями кремния и затем обработать его при помощи фторированных углеводородов. Данная методика нанесения, как отмечают ученые, совместима с разными материалами теплообменников ТЭС.
Экспериментальное подтверждение
Для проверки работы покрытия исследователи собрали прототип парообменника в своей лаборатории, обработали его трубки при помощи наноматериала, подключили его к парогенератору и проследили за тем, насколько стабильным было созданное ими покрытие в последующие три года. Проверка показала, что нанопокрытие сохраняло стабильность на протяжении всего времени работы парообменника, а также было устойчивым к мелким повреждениям и царапинам.
По текущим оценкам исследователей, разработанная технология позволит повысить общую эффективность ТЭС примерно на 2% без существенных дополнительных затрат, что снизит глобальные объемы выбросов СО2 на 460 млн тонн и уменьшит расход воды на 7,5 млрд тонн. Химики планируют проверить это предположение в опытах на университетской ТЭС, чье руководство согласилось на внесение подобных модификаций в конструкцию теплообменника.
Профессор Милькович подытожил:
«Если все пройдет хорошо, то мы на практике покажем, что созданная нами технология работает и при этом она является экономически рентабельной. Ее повсеместное внедрение позволит значительно повысить эффективность уже существующих систем и снизить объем выбросов до того времени, когда их заменят возобновляемые источники энергии»
