Þú gætir hafa séð það í eldhúsáhöldum eða gömlum vatnsrörum: hart, steinefnaríkt vatn mun skilja eftir sig hreistruð útfellingar með tímanum. Það kemur ekki aðeins fyrir í rörum og eldunaráhöldum heima heldur einnig í rörum og ventlum sem flytja olíu og jarðgas og leiðslum sem flytja kælivatn í virkjunum. Það er vel þekkt að mælikvarði getur valdið óhagkvæmni, niðurtíma og viðhaldsvandamálum. Í olíu- og gasiðnaði leiðir umfang stundum til algjörrar lokunar rekstrarholna, að minnsta kosti tímabundið. Þess vegna gæti lausn á þessu vandamáli gefið gríðarlega umbun. Nú hefur hópur MIT vísindamanna komið með hugsanlega lausn á þessu mikla en lítt þekkta vandamáli. Þeir komust að því að ný yfirborðsmeðferð - þar á meðal nanó-áferð á yfirborðinu og síðan að beita smurvökva - getur dregið úr hraða myndun kalksteins um að minnsta kosti tíu sinnum. Í vikunni voru niðurstöður rannsóknarinnar birtar í Journal of Advanced Materials Interface. Greinin var skrifuð af framhaldsnemanum Srinivas Subramanyam, nýdoktor Gisele Azimi og Kripa Varanasi, dósent í sjávarnýtingu í vélaverkfræðideild MIT. „Þú getur séð [kvarða] næstum hvar sem er,“ sagði Varanasi. Á heimilum eru þessar útfellingar að mestu leyti pirrandi, en í iðnaði geta þær leitt til „framleiðniskerðingar og aðferðin við að fjarlægja [þau] getur verið skaðleg umhverfinu“, venjulega með því að nota sterk efni. Í virkjunum og afsöltunarstöðvum getur bólginn valdið verulegu tapi á nýtni vegna þess að það virkar sem varmahindrun og hefur áhrif á kælingu eða þéttingu í varmaskipti. Vandamálið kemur upp vegna þess að vatn inniheldur venjulega mikið af uppleystum söltum og steinefnum. Hæfni vatns til að leysa þessi efni upp er háð leysni þannig að ef vatnið kólnar eða gufar upp getur lausnin orðið ofmettuð: hún inniheldur meira af uppleystum efnum en hún getur haldið þannig að sum efni byrja að falla út. Þegar hlýja og raka loftið kólnar skyndilega þegar það mætir kaldara yfirborði mun það valda þoku á köldu glerinu, sem er sama reglan. Í flestum tilfellum leysa verkfræðingar þetta vandamál með því að ofhanna kerfið, Varanasi sagði: Notaðu mun stærri rör en þörf er á, til dæmis er búist við því að óhreinindi valdi stíflun að hluta, eða stærra yfirborði, í þessu tilviki varmaskipti undir. Subramanyam bendir á að þetta vandamál sé ekki nýtt: „Forn eldunaráhöld hafa þessa tegund af uppsöfnun,“ sagði hann. "Við höfum ekki góða lausn ennþá." Þrátt fyrir að það eigi enn eftir að sanna hana á iðnaðarskala, getur nýja aðferðin sem MIT teymið þróaði haft veruleg áhrif á hraða kvarðamyndunar og getur í mörgum tilfellum komið í veg fyrir það alveg. Aðferð þeirra hljómar einföld: Nanóáferð á yfirborðinu á áhrifaríkan hátt og fylla áferðina sem myndast með smurefni. Áferðin fer aðallega eftir stærð högganna og rifanna sem myndast; nákvæm lögun virðist ekki skipta máli. Þess vegna er hægt að nota ýmsar aðferðir til að búa til þessa áferð, þar á meðal að setja áferðarhúð á yfirborðið eða efnafræðilega etsa það á sinn stað. Rannsakendur lýstu einnig ferli til að velja viðeigandi smurefni sem eykur ekki aðeins orkuhindrunina sem myndast af kalksteini, heldur dreifist einnig í áferðarmikið föst efni, sem gerir yfirborðið „slétt“ og dregur úr kjarnamyndun sem hægt er að nota til að mynda kalkstein. Síða. Fyrri tilraunir til að koma í veg fyrir eða draga úr kalkmyndun fela venjulega í sér að bæta húðun (eins og Teflon) á yfirborðið til að koma í veg fyrir að steinefni bindist því. Varanasi útskýrði að vandamálið við þessa aðferð væri að þessi húðun slitist, rétt eins og húðunin á steikarpönnum sem ekki festast við brotna oft niður við notkun. Hann sagði að jafnvel þótt það væri lítið gat í húðuninni, þá gefi það stað fyrir kvarð að byrja að myndast. Með nýju aðferðinni, þegar nanó-áferðin hefur myndast á yfirborðinu, er olía eða annar smurvökvi borinn á yfirborðið. Varanasi sagði að örsmáar rifur á nanóskala fanga þennan vökva og halda honum þéttum á sínum stað með háræðsaðgerð. Ólíkt föstu non-stick húðun getur vökvi flætt til að fylla hvaða eyður sem er, dreift á yfirborðsáferðina og ef eitthvað er skolað í burtu er hægt að fylla á hann stöðugt. „Jafnvel þótt það sé vélrænni skaði getur smurefnið farið aftur á yfirborðið,“ sagði Subramanyam. "Það getur viðhaldið sléttleika sínum í langan tíma." Vegna þess að þetta smurlag er mjög þunnt - aðeins nokkur hundruð nanómetrar þykkt - þarf það aðeins lítið magn af smurefni til að vernda yfirborð í áratugi. Varanasi sagði að lón sem byggt er í hluta leiðslunnar geti veitt smurningu allan líftíma búnaðarins. Þegar um er að ræða olíuleiðslur, „smurefni er þegar til“, olían sem yfirborðsáferðin fangar getur verndað yfirborð leiðslunnar. Jurgen Rühe, yfirmaður rannsóknarstofu í tengiefnafræði og eðlisfræði við háskólann í Freiburg, tók ekki þátt í rannsókninni og sagði að hún táknaði „mjög mikilvægar uppgötvanir og mikilvægar framfarir í vísindum“. Hann kallaði aðferð liðsins til að draga úr keðjumyndun „nýja og skapandi“ og sagði „það gæti haft möguleg áhrif á öll svæði þar sem vatn er hitað og gufa myndast. Rannsakendur sögðu að eftir frekari rannsóknarstofuprófanir til að ákvarða það besta fyrir tiltekna notkun. Eftir smurefni og áferðaraðferðir getur kerfið verið tilbúið til notkunar í atvinnuskyni á aðeins þremur árum. Þessi vinna var studd af MIT Energy Initiative.
Pósttími: Des-08-2021
