WRÓĆ DO STRONY
GŁÓWNEJ
Nauka

Grafen zwiększa wydajność kondenserów skraplających parę

Grafenowa powłoka kondenserów przyczyni się do wzrostu efektywności pracy elektrowni. Zmiana na pierwszy rzut oka niewielka, ale… kropla do kropli.

W elektrowniach kondensacyjnych pracują turbiny parowe, w których główną rolę odgrywają cykliczne zmiany stanu skupienia obracającej je wody. Wodę tę najpierw się podgrzewa, by para pod wysokim ciśnieniem przedostała się do turbiny, obracając łopatkami i wytwarzając tym samym energię mechaniczną, która dalej zamieniana jest w elektryczną. Następnie rozprężona w turbinie para uchodzi do ochładzanego zbiornika. Za obniżenie temperatury odpowiadają kondensatory (zwane także skraplaczami), których zadaniem jest przywrócenie wodzie stanu ciekłego, by pompy mogły przetransportować ją do ponownego ogrzania. Instalacje kondensatorów są zbudowane z metalowych przewodów, przez wzgląd na świetne przewodnictwo ciepła często stosuje się miedź.

Podczas pracy urządzenia, na powierzchni rurek w skraplaczach osadza się cieniutka, gładka warstwa wody, utrudniając efektywne chłodzenie i dalsze skraplanie pary. Wcześniej problem ten próbowano obejść poprzez pokrycie przewodów chłodzących polimerami, by woda, zamiast ściekać po przewodach chłodzących, formowała się w regularne kropelki. Metoda działa, ale na krótką metę, gdyż polimery bardzo szybko ulegają degradacji, a grubsze powleczenie nimi układu powoduje nawet więcej kłopotów z pochłanianiem ciepła niż brak jakichkolwiek osłon. Naukowcy wypróbowali więc grafen, który przez swoje właściwości hydrofobowe uniemożliwia skroplonej wodzie swobodne ociekanie.

Pokrytą tym materiałem instalację poddano dwutygodniowym testom w czystej parze wodnej o temperaturze 100˚C. Polimerowe pokrycie kondensatorów zaczęło niszczeć w tych warunkach zaledwie po trzech godzinach od rozpoczęcia eksperymentu, a zawiodło zupełnie po dwunastu – w przeciwieństwie do grafenowych powłok, które nie nosiły śladu zużycia przez cały czas trwania testu. Wyniki badań wskazują też czterokrotnie skuteczniejsze pochłanianie ciepła w skraplaczach, których powierzchnia została pokryta grafenem – a poprzez odpowiednią optymalizację różnic temperatur w systemie, właściwości chłodzące mogłyby wzrosnąć nawet siedmiokrotnie. Zgodnie z szacunkami amerykańskiego Electric Power Research Institute (EPRI), dzięki tej zasadniczo prostej zmianie wydajność całej elektrowni może wzrosnąć od dwóch do trzech procent. Według Daniela Prestona, jednego z naukowców pracujących nad eksperymentalną konstrukcją kondensatorów, te procenty przekładają się na wiele milionów dolarów zysku rocznie. Zespół zapowiedział już, że opracowany przez nich produkt prawdopodobnie będzie dostępny w ciągu roku.

[Źródło: Spectrum; Zdjecia: MIT]