Накопление известкового налета на тепловых электростанциях из-за использования горячей воды может сильно повлиять на их работу. Ученые разработали новое мягкое покрытие на основе гидрогеля, которое отталкивает кристаллы известкового налета и предотвращает их прилипание, пишет New Atlas.
Известковый налет, состоящий в основном из карбоната кальция, можно увидеть по всему дому — внутри чайников, емкостей для воды и стиральных машин. Особенно часто он появляется в местах, где вода жесткая, то есть с высоким содержанием минералов, а еще когда у поверхности есть контакт с горячей водой.
Образование известкового налета оказывает значительное влияние на тепловые электростанции. На этих электростанциях используются котлы для нагрева воды, которая превращается в пар под высоким давлением. Пар затем приводит в движение турбину, которая генерирует механическую энергию, преобразуемую в электрическую с помощью генератора. Проблема возникает, когда промышленные теплообменники и мембраны покрываются известковым налетом, что приводит к значительным потерям энергии — не менее 2% от общего мирового производства энергии в год. Образование налета снижает эффективность передачи тепла и потока, что в свою очередь влияет на общую производительность электростанции.
Чтобы решить эту проблему, ученые из ETH Zurich в Швейцарии и Калифорнийского университета в Беркли разработали поверхностное покрытие на основе гидрогеля, которое отталкивает известковый налет и предотвращает его прилипание. Команда сначала изучила отдельные кристаллы известкового налета и окружающего потока воды на микроскопическом уровне, чтобы увидеть, как кристаллы откладываются и прилипают в динамичной водной среде. Затем исследователи приступили к разработке нескольких покрытий из мягких материалов и протестировали их в лаборатории.
Экспериментируя с различным содержанием полимеров, исследователи обнаружили, что чем ниже содержание полимера и чем выше содержание воды, тем хуже прилипают кристаллы карбоната кальция к поверхности, на которой они создали крошечные выступы. Они вдохновились природой при разработке своего подхода, в частности, гребнями на коже акулы, которые затрудняют прилипание микроорганизмов.
Эксперименты с кристаллами известкового налета показали, что когда вода текла по мягкой поверхности, покрытой гидрогелем, до 98% кристаллов размером около 10 микрометров удалялись. Это было на 66% эффективнее, чем при использовании жесткой необработанной подложки в тех же условиях.
Сейчас для удаления известкового налета с теплообменников и мембран применяют ядохимикаты. Новое поверхностное покрытие более экологично и эффективно, чем нынешние подходы. Кроме того, ученые ожидают, что их решение будет масштабируемым.
Ранее мы рассказывали, как почистить стиральную машину в домашних условиях.