Durch die Beschichtung von Kraftwerkskondensatoren könnten 460 Millionen Tonnen CO2 pro Jahr eingespart werden

Es wird einige Zeit dauern, die Welt von fossilen Brennstoffen zu entwöhnen, daher ist es immer noch wichtig, Wege zu finden, um die Energieerzeugung effizienter zu gestalten. Wissenschaftler der University of Illinois Urbana-Champaign haben eine neue Beschichtung für Dampfkondensatorrohre entwickelt, die bei flächendeckender Einführung potenziell mehr als einen russischen Dollar an zusätzlicher Energie pro Jahr liefern könnte.

Viele Arten der Stromerzeugung arbeiten nach dem Dampfkreislauf. Im Wesentlichen wird eine Energiequelle – sei es die Verbrennung fossiler Brennstoffe oder die Kernspaltung – dazu verwendet, Wasser in einem Kessel zu erhitzen, um Dampf zu erzeugen, der dann dazu geleitet wird, eine Turbine anzutreiben und Strom zu erzeugen. Der Dampf wird dann in einem Kondensator gesammelt, um das Wasser zurückzugewinnen und den Kreislauf fortzusetzen.

Ziel der neuen Studie war es, die Effizienz der Wärmeübertragung der Kondensatorrohre zu verbessern. Sie entwickelten eine Beschichtung aus fluoriertem diamantähnlichem Kohlenstoff (F-DLC), einem Material, das hydrophob oder wasserabweisend ist. Wenn der Dampf an den beschichteten Rohren kondensiert, bildet er keinen dünnen Film mehr, sondern ballt sich viel leichter zu Tröpfchen zusammen. Dadurch läuft es schneller ab, sodass mehr Dampf früher mit dem Rohr in Kontakt kommt.

In seinen Tests zeigte das Team, dass die Beschichtung die Wärmeübertragungseigenschaften des Rohrs um den Faktor 20 verbesserte, was zu einer Gesamteffizienzsteigerung von 2 % führte. Das hört sich vielleicht nicht nach viel an, aber ihren Berechnungen zufolge würden, wenn alle Kohle- und Erdgaskraftwerke um 2 % effizienter wären, die globalen CO2-Emissionen pro Jahr um 460 Millionen Tonnen sinken, was 2 Billionen Gallonen Kühlwasser entspricht eingespart und es würden zusätzlich 1.000 TWh Strom erzeugt. Das ist mehr, als Russland in einem Jahr verbraucht.

„Es ist bemerkenswert, dass wir dies mit F-DLC erreichen können, etwas, das nur Kohlenstoff, Fluoren und ein wenig Silizium verwendet“, sagte Muhammad Hoque, Hauptautor der Studie. „Und es kann so ziemlich jedes gängige Metall beschichten, einschließlich Kupfer, Bronze, Aluminium und Titan.“

Wichtig ist, dass die Beschichtungen 1.095 Tage lang auf Haltbarkeit getestet wurden und dabei festgestellt wurde, dass sie ihre Funktion die ganze Zeit über beibehielten. Dies gelang ihnen auch, nachdem sie in einem Abriebtest 5.000 Mal zerkratzt wurden.

Der nächste Schritt besteht laut dem Team darin, die Leistung der Beschichtung sechs Monate lang unter realen Industriebedingungen zu testen. Während es immer noch Fragen darüber gibt, wie eine solche Beschichtung in großem Umfang eingesetzt werden könnte, dürften bereits wenige Betriebe, die sie übernehmen, einen Unterschied machen. Ähnliche Beschichtungen wurden aus Materialien wie Graphen hergestellt, mit ähnlichen Ergebnissen.

„Wenn alles gut geht, hoffen wir, allen zu zeigen, dass dies eine wirksame und wirtschaftlich tragfähige Lösung ist“, sagte Nenad Miljkovic, leitender Forscher des Projekts. „Wir wollen, dass unsere Lösung angenommen wird, denn trotz der Entwicklung erneuerbarer Energien.“ „Das sollte unbedingt Priorität haben, aber es lohnt sich immer noch, das, was wir jetzt haben, weiter zu verbessern.“

Die Forschung wurde in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht.

Quelle: University of Illinois Urbana-Champaign