طلاء مكثف البخار يوفر 460 مليون طن من ثاني أكسيد الكربون سنويًا
إذا كان توليد الطاقة من الفحم والغاز الطبيعي أكثر كفاءة بنسبة 2%، فمن الممكن أن يتم إطلاق 460 مليون طن أقل من ثاني أكسيد الكربون كل عام، و2 تريليون جالون أقل من المياه المستخدمة.
الابتكار الحديث لدورة البخار المستخدمة في توليد الطاقة من الوقود الأحفوري يمكن أن يحقق ذلك.
قام الباحثون في جامعة إلينوي أوربانا شامبين، بتطوير طلاء مصنوع من الكربون المفلور الشبيه بالألماس، أو F-DLC، لمكثفات البخار المستخدمة في توليد دورة بخار الوقود الأحفوري.
كما ساهم في هذه الدراسة باحثون من جامعة سابانجي، حيث أفاد الباحثون في مجلة Nature Communications، أن هذا الطلاء يمكن أن يعزز كفاءة العملية الإجمالية بنسبة 2%، بالإضافة إلى ذلك، فقد أثبتوا مدى ملاءمة الطلاء للاستخدام الصناعي من خلال إجراء أطول اختبار متانة تم الإبلاغ عنه على الإطلاق.
وقال نيناد ميليكوفيتش، أستاذ العلوم الميكانيكية والهندسة في جامعة UIUC ورئيس المشروع: “الحقيقة هي أن الوقود الأحفوري لن يختفي قبل 100 عام على الأقل”، “سوف ينبعث الكثير من ثاني أكسيد الكربون قبل أن نصل إلى مكان يمكننا فيه الاعتماد على مصادر الطاقة المتجددة، وإذا تم اعتماد طلاء F-DLC الخاص بنا عالميًا، فإنه سيحد بشكل ملحوظ من انبعاثات الكربون واستخدام المياه للبنية التحتية الحالية للطاقة.”
يعتمد توليد الطاقة من الوقود الأحفوري على عملية تسمى الدورة البخارية، حيث يتم حرق الوقود لغلي الماء، ويقوم البخار الناتج بتدوير التوربينة ويقوم التوربين بتشغيل مولد كهربائي.
يصل البخار بعد ذلك إلى مكثف يقوم باستعادة الماء من البخار ويحافظ على فرق الضغط عبر التوربين حتى يتدفق البخار، إن تحسين خصائص نقل الحرارة للمكثفات من شأنه أن يسمح بالحفاظ على فرق الضغط مع حرق كمية أقل من الوقود.
تحسين خصائص نقل الحرارة
يعمل طلاء F-DLC الجديد للباحثين على تحسين نقل الحرارة لأن المادة كارهة للماء، عندما يتكثف البخار ويتحول إلى ماء، فإنه لا يشكل طبقة رقيقة تغطي السطح، كما يفعل الماء في العديد من المعادن النظيفة وأكاسيدها، وبدلاً من ذلك، يشكل الماء قطرات على سطح F-DLC، مما يجعل البخار على اتصال مباشر بالمكثف ويسمح بنقل الحرارة مباشرة.
ووجد الباحثون، أن هذا أدى إلى تحسين خصائص نقل الحرارة بعامل 20، وهو ما يترجم إلى زيادة إجمالية في العملية بنسبة 2٪.
وقال محمد عبد الحق، باحث مشارك في مرحلة ما بعد الدكتوراه والمؤلف الرئيسي للدراسة: “من اللافت للنظر أننا نستطيع تحقيق ذلك باستخدام F-DLC، وهو شيء يستخدم الكربون والفلورين وقليل من السيليكون فقط”، “ويمكنها طلاء أي معدن شائع تقريبًا، بما في ذلك النحاس والبرونز والألمنيوم والتيتانيوم.”
ولإثبات متانة F-DLC، قام الباحثون بتعريض المعادن المطلية لظروف مكثف بخاري لمدة 1095 يومًا، وهو أطول اختبار تم ذكره في الأدبيات، حافظت المعادن المطلية على خصائصها الكارهة للماء طوال هذه المدة الزمنية. ووجد الباحثون أيضًا أن المعادن المطلية حافظت على خصائصها الكارهة للماء بعد 5000 خدش في اختبار التآكل.
يتعاون فريق البحث الآن مع محطة أبوت للطاقة التابعة لـ UIUC لدراسة أداء الطلاء لمدة ستة أشهر من التعرض المستمر للتكثيف في ظل الظروف الصناعية.
وقال ميليكوفيتش: “إذا سارت الأمور على ما يرام، نأمل أن نظهر للجميع أن هذا حل فعال وقابل للتطبيق اقتصاديا”، “نريد أن يتم تبني حلنا، لأنه على الرغم من أن تطوير الطاقة المتجددة يجب أن يكون أولوية مطلقة، إلا أنه لا يزال من المفيد للغاية مواصلة تحسين ما لدينا الآن.”
