蒸汽冷凝器涂层每年可减少4.6亿吨二氧化碳排放

如果煤炭和天然气发电的效率提高2%，那么每年可减少 4.6 亿吨二氧化碳的排放量，并可减少 2 万亿加仑的用水量。最近对化石燃料发电中使用的蒸汽循环进行的一项创新可以实现这一目标。

伊利诺伊大学香槟分校的研究人员开发了一种用于化石燃料蒸汽循环发电的蒸汽冷凝器涂层，该涂层由氟化类金刚石碳(F-DLC)制成。研究人员在《自然通讯》杂志上报道 称，这种涂层可以将整体工艺效率提高 2%。此外，他们还通过进行有史以来最长的耐久性测试来证明该涂层适合工业用途。

“现实情况是，化石燃料至少在 100 年内不会消失，” UIUC 机械科学与工程教授、项目负责人Nenad Miljkovic说。“在我们达到可以依赖可再生能源的水平之前，将会排放大量二氧化碳。如果我们的 F-DLC 涂层在全球范围内采用，将显着减少现有电力基础设施的碳排放和用水量。”

化石燃料发电取决于称为蒸汽循环的过程，在该过程中，燃料燃烧使水沸腾，产生的蒸汽旋转涡轮机，涡轮机驱动发电机。然后蒸汽到达冷凝器，冷凝器既从蒸汽中回收水，又保持涡轮两端的压差，以便蒸汽流动。改善冷凝器的传热性能将允许在燃烧更少的燃料的同时保持压差。

研究人员的新型 F-DLC 涂层改善了传热，因为该材料具有疏水性。当蒸汽凝结成水时，它不会像水在许多干净的金属及其氧化物上形成的那样形成覆盖表面的薄膜。相反，水在 F-DLC 表面形成水滴，使蒸汽与冷凝器直接接触并允许热量直接传递。研究人员发现，这将传热性能提高了 20 倍，这意味着整体工艺提高了 2%。

“值得注意的是，我们可以通过 F-DLC 实现这一目标，这种材料只使用碳、芴和少量硅，”博士后研究员、该研究的主要作者 Muhammad Hoque 说。“它几乎可以涂覆任何常见金属，包括铜、青铜、铝和钛。”

为了证明 F-DLC 的耐用性，研究人员将涂层金属置于蒸汽冷凝器条件下 1,095 天，这是文献中报道的最长测试时间。涂层金属在整个时间内保持其疏水特性。研究人员还发现，在磨损测试中经过 5,000 次划痕后，涂层金属仍保持其疏水特性。

该研究小组目前正在与 UIUC 的雅培发电厂合作，研究该涂层在工业条件下稳定暴露在冷凝状态下六个月的性能。

“如果一切顺利，我们希望向所有人展示这是一个经济上可行的有效解决方案，”米尔科维奇说。“我们希望我们的解决方案能够被采纳，因为虽然可再生能源的发展绝对应该是优先考虑的事情，但继续改进我们现有的资源仍然非常值得。”

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