Konyhai edényekben vagy régi vízvezetékekben láthatta már: a kemény, ásványi anyagokban gazdag víz idővel pikkelyes lerakódásokat hagy maga után. Nemcsak az otthoni csövekben és főzőedényekben fordul elő, hanem az olajat és földgázt szállító csövekben, szelepekben, illetve az erőművekben a hűtővizet szállító csövekben is. Köztudott, hogy a méretezés hatékonyságcsökkenést, leállást és karbantartási problémákat okozhat. Az olaj- és gáziparban a vízkő esetenként a működő kutak teljes bezárásához vezet, legalábbis átmenetileg. Ezért ennek a problémának a megoldása hatalmas eredményeket hozhat. Az MIT kutatóiból álló csapat most egy lehetséges megoldást talált ki erre a hatalmas, de kevéssé ismert problémára. Azt találták, hogy egy új felületkezelés – beleértve a felület nano-textúráját, majd kenőfolyadék felvitelét – legalább tízszeresére csökkentheti a vízkőképződés sebességét. Ezen a héten a Journal of Advanced Materials Interface című folyóiratban tették közzé a kutatás eredményeit. A tanulmányt Srinivas Subramanyam végzős hallgató, Gisele Azimi posztdoktori munkatárs és Kripa Varanasi, a MIT Gépészmérnöki Tanszékének tengeri hasznosításával foglalkozó docense írta. „Szinte bárhol láthatja a [skálát]” – mondta Varanasi. Otthon ezek a lerakódások többnyire bosszantóak, de az iparban „termelékenységcsökkenéshez vezethetnek, és az eltávolítás módja káros lehet a környezetre”, általában kemény vegyszerek használatával jár. Erőművekben és sótalanító üzemekben a vízkő jelentős hatékonysági veszteségeket okozhat, mivel hőgátként működik, és befolyásolja a hűtést vagy a kondenzációt a hőcserélőben. A probléma abból adódik, hogy a víz általában sok oldott sót és ásványi anyagot tartalmaz. A víz azon képessége, hogy ezeket az anyagokat oldja az oldhatóságtól függ, így ha a víz lehűl vagy elpárolog, az oldat túltelítetté válhat: több oldott anyagot tartalmaz, mint amennyit el tud tartani, így egyes anyagok elkezdenek kicsapódni. Ha a meleg és párás levegő hirtelen lehűl, amikor hidegebb felülettel találkozik, az párásodást okoz a hideg üvegen, ami ugyanez az elv. A legtöbb esetben a mérnökök a rendszer túltervezésével oldják meg ezt a problémát – mondta Varanasi: A szükségesnél jóval nagyobb csövet használjunk, például várható, hogy a szennyeződés részleges eltömődést, vagy nagyobb felületet, jelen esetben hőcserélőt okoz. alatt. Subramanyam rámutat, hogy ez a probléma nem újkeletű: „Az ősi főzőedényekben van ilyen felhalmozódás” – mondta. – Még nincs jó megoldásunk. Bár ipari méretekben még bizonyításra vár, az MIT csapata által kidolgozott új módszer jelentős hatással lehet a skálaképződés sebességére, és sok esetben teljesen megakadályozhatja azt. Módszerük egyszerűnek hangzik: hatékonyan nanotextúrázzák a felületet, és a kapott textúrát kenőanyaggal töltik fel. A textúra elsősorban az előállított dudorok és barázdák méretétől függ; úgy tűnik, hogy a pontos forma nem számít. Ezért számos technikát lehet használni ennek a textúrának a létrehozására, beleértve a texturált bevonat felvitelét a felületre vagy kémiai maratást a helyére. A kutatók egy olyan megfelelő kenőanyag kiválasztásának folyamatát is leírták, amely nemcsak a vízkő által képzett energiagátat növeli, hanem a texturált szilárd anyagokra is átterjed, így „simává” válik a felület, és csökkenti a vízkőképződéshez használható gócképződést. Webhely. A vízkőképződés megelőzésére vagy csökkentésére irányuló korábbi kísérletek általában bevonattal (például teflonnal) helyezték a felületet, hogy megakadályozzák az ásványi anyagok megkötését. Varanasi elmagyarázta, hogy ezzel a módszerrel az a probléma, hogy ezek a bevonatok elhasználódnak, ahogyan a tapadásmentes serpenyők bevonata is gyakran lebomlik a használat során. Elmondta, hogy még ha van is egy kis lyuk a bevonaton, az helyet biztosít a vízkő kialakulásának. Az új módszerrel, miután a nano-textúra kialakult a felületen, olajat vagy más kenőfolyadékot visznek fel a felületre. Varanasi elmondta, hogy az apró nanoméretű barázdák felfogják ezt a folyadékot, és szilárdan a helyén tartják a kapilláris hatás révén. Ellentétben a szilárd tapadásmentes bevonatokkal, a folyadék folyhat, hogy kitöltse az esetleges réseket, szétterüljön a felületi textúrán, és ha valamennyit lemossák, folyamatosan pótolható. "Még ha mechanikai sérülés is van, a kenőanyag visszatérhet erre a felületre" - mondta Subramanam. "Hosszú ideig képes megőrizni simaságát." Mivel ez a kenőréteg nagyon vékony – mindössze néhány száz nanométer vastag –, csak kis mennyiségű kenőanyagra van szükség ahhoz, hogy évtizedeken át megvédje a felületet. Varanasi elmondta, hogy a csővezeték egy szakaszában beépített tartály kenést biztosít a berendezés teljes élettartama alatt. Az olajvezetékek esetében „már létezik kenőanyag”, a felületi textúra által megfogott olaj megvédheti a csővezeték felületét. Jurgen Rühe, a Freiburgi Egyetem Interfészkémiai és Fizikai Laboratóriumának vezetője nem vett részt a tanulmányban, mivel azt mondta, hogy az „nagyon fontos felfedezéseket és fontos tudományos eredményeket” képvisel. „Újnak és kreatívnak” nevezte a csapat vízkőképződés csökkentésére alkalmazott módszerét, és azt mondta, hogy „potenciális hatással lehet minden olyan területre, ahol vizet melegítenek és gőzt termelnek”. A kutatók elmondták, hogy további laboratóriumi vizsgálatok után, hogy meghatározzák a legjobbat egy adott alkalmazáshoz. A kenőanyag és a textúrázási módszerek után a rendszer mindössze három éven belül készen áll a kereskedelmi használatra. Ezt a munkát az MIT Energy Initiative támogatta.
Feladás időpontja: 2021. december 08
