Dampfkondensator 2.0 spart CO2 und Wasser
Diamantähnliche Beschichtung der University of Illinois Urbana-Champaign bremst Klimawandel
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Beschichtetes (oben) und unbeschichtetes Kondensatorrohr (Foto: illinois.edu) |
Urbana-Champaign (pte002/24.08.2023/06:05)
Spezielle Dampfkondensatoren von Forschern der University of Illinois Urbana-Champaign (UIUC) könnten fossile Rohstoffe wie Kohle und Erdgas um zwei Prozent effizienter machen und so allein in den USA pro Jahr 460 Mio. Tonnen weniger CO2 freisetzen sowie 7,5 Mrd. Liter Wasser weniger verbrauchen.
Wasserfilm behindert Wärmeübergang
In vielen Wärmekraftwerken strömt der Dampf, nachdem er im Turbogenerator Strom erzeugt und dabei an Wärme und Druck stark abgenommen hat, in einen Kondensator. Hier wird er an Rohrleitungen gekühlt, durch die kaltes Wasser fließt - aus Dampf wird wieder Wasser, das erneut genutzt werden kann. Dabei bildet sich auf den Rohren ein dünner Wasserfilm, der die Wärmeübertragung behindert - der Dampf wird nur unzureichend gekühlt.
Würden diese Rohre hauchdünn mit fluoriertem diamantähnlichem Kohlenstoff beschichtet, bildete sich dieser Film nicht, weil das Material hydrophob ist, also wasserabweisend. Stattdessen entstünden Tropfen, die, wenn sie groß genug sind, herunterfallen. Dazwischen bliebe genügend Platz für den ungehinderten Übergang der Wärme des Dampfes in das Kühlmedium. Die Übertragungseigenschaften würden so um den Faktor 20 verbessert.
Fossile Brennstoffe erst in 100 Jahren aus
"Fossile Brennstoffe werden frühestens in 100 Jahren verschwinden. Es wird viel CO2 ausgestoßen werden, bevor wir an den Punkt kommen, an dem wir zu 100 Prozent auf erneuerbare Energien zurückgreifen können", prophezeit Nenad Miljkovic, Professor für Maschinenbau an der UIUC und Projektleiter. Um die Haltbarkeit der Beschichtung zu demonstrieren, haben die Forscher die behandelten Rohre 1.095 Tage lang Dampfkondensatorbedingungen ausgesetzt - der bisher längste Test.
Die beschichteten Metalle behielten ihre hydrophoben Eigenschaften über die gesamte Zeitspanne bei. Die Forscher fanden außerdem heraus, dass die Beschichtung so widerstandsfähig ist, dass sie auch mechanischen Kräften schadlos trotzt. "Wir wollen, dass unsere Lösung angenommen wird. Auch wenn die Nutzung der erneuerbaren Energien unbedingt Priorität haben soll, lohnt es sich, das Bestehende weiter zu verbessern", so Miljkovic.
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