O revestimento do condensador de vapor pode economizar 460 milhões de toneladas

Faculdade de Engenharia Grainger da Universidade de Illinois

imagem: Tubos condensadores de vapor de cobre revestidos com F-DLC (parte superior) e sem revestimento (parte inferior). O revestimento F-DLC permite que a água condensada se forme em gotas, em vez de uma película fina cobrindo o tubo.Veja mais

Crédito: Grainger College of Engineering da Universidade de Illinois Urbana-Champaign

Se a produção de energia a partir do carvão e do gás natural fosse 2% mais eficiente, então, todos os anos, poderiam haver menos 460 milhões de toneladas de dióxido de carbono libertadas e menos 2 biliões de galões de água utilizados. Uma inovação recente no ciclo de vapor utilizado na geração de energia a partir de combustíveis fósseis poderia conseguir isso.

Pesquisadores da Universidade de Illinois Urbana-Champaign desenvolveram um revestimento para condensadores de vapor usados ​​na geração de ciclo de vapor de combustível fóssil que é feito com carbono fluorado semelhante ao diamante, ou F-DLC. Os pesquisadores relataram na revista Nature Communications que este revestimento poderia aumentar a eficiência geral do processo em 2%. Além disso, demonstraram a adequação do revestimento para uso industrial através da realização do teste de durabilidade mais longo já relatado.

“A realidade é que os combustíveis fósseis não desaparecerão antes de pelo menos 100 anos”, disse Nenad Miljkovic, professor de ciência mecânica e engenharia na UIUC e líder do projeto. “Será emitido muito CO2 antes de chegarmos a um ponto onde possamos contar com as energias renováveis. Se o nosso revestimento F-DLC fosse adotado globalmente, reduziria visivelmente as emissões de carbono e o uso de água para a infraestrutura energética existente.”

A geração de energia a partir de combustíveis fósseis depende de um processo chamado ciclo de vapor, no qual o combustível é queimado para ferver água, o vapor resultante gira uma turbina e a turbina aciona um gerador elétrico. O vapor então chega a um condensador que recupera a água do vapor e mantém uma diferença de pressão através da turbina para que o vapor flua. Melhorar as propriedades de transferência de calor dos condensadores permitiria manter uma diferença de pressão enquanto queimava menos combustível.

O novo revestimento F-DLC dos pesquisadores melhora a transferência de calor porque o material é hidrofóbico. Quando o vapor se condensa em água, ele não forma uma película fina que reveste a superfície, como a água faz com muitos metais limpos e seus óxidos. Em vez disso, a água forma gotículas na superfície do F-DLC, colocando o vapor em contato direto com o condensador e permitindo que o calor seja transferido diretamente. Os pesquisadores descobriram que isso melhorou as propriedades de transferência de calor por um fator de 20, o que se traduz em um aumento geral de 2% no processo.

“É notável que possamos conseguir isso com o F-DLC, algo que usa apenas carbono, fluoreno e um pouco de silício”, disse Muhammad Hoque, pesquisador associado de pós-doutorado e principal autor do estudo. “E pode revestir praticamente qualquer metal comum, incluindo cobre, bronze, alumínio e titânio.”

Para demonstrar a durabilidade do F-DLC, os pesquisadores submeteram metais revestidos a condições de condensador de vapor durante 1.095 dias, o teste mais longo relatado na literatura. Os metais revestidos mantiveram suas propriedades hidrofóbicas durante todo esse período de tempo. Os investigadores também descobriram que os metais revestidos mantiveram as suas propriedades hidrofóbicas após 5.000 arranhões num teste de abrasão.

A equipe de pesquisa está agora colaborando com a Abbott Power Plant da UIUC para estudar o desempenho do revestimento durante seis meses de exposição constante à condensação em condições industriais.

“Se tudo correr bem, esperamos mostrar a todos que esta é uma solução eficaz e economicamente viável”, disse Miljkovic. “Queremos que a nossa solução seja adotada porque, embora o desenvolvimento das energias renováveis ​​deva ser absolutamente uma prioridade, ainda vale muito a pena continuar a melhorar o que temos agora.”

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O artigo dos pesquisadores, “Superfícies hidrofóbicas de carbono fluoradas semelhantes a diamante multicamadas ultra-resilientes”, está disponível online. DOI: 10.1038/s41467-023-40229-6.