Comment une innovation récente pourrait sauver 460 millions de tonnes de CO2 et économiser 9 milliards de litres d’eau chaque année grâce à une efficacité de seulement 2% dans la production d’énergie à partir du charbon et du gaz naturel ?
Le secret réside dans un revêtement spécial, développé par des chercheurs de l’Université de l’Illinois Urbana-Champaign, qui pourrait rendre la génération de vapeur plus efficace.
Une innovation pour le cycle de la vapeur
Les chercheurs de l’UC ont mis au point un revêtement pour les condenseurs à vapeur utilisés dans la production de vapeur à partir des combustibles fossiles. Ce revêtement est fabriqué à partir de carbone de type diamant fluoré, ou F-DLC. Il a été démontré que ce revêtement peut augmenter l’efficacité globale du processus de 2%.
Publié dans la revue Nature Communications, cette innovation a également passé le test de durabilité le plus long jamais rapporté, attestant de son aptitude à un usage industriel.
Impact sur les combustibles fossiles
Le professeur Nenad Miljkovic, responsable du projet, a indiqué : « La réalité est que les combustibles fossiles ne disparaîtront pas avant au moins 100 ans. » Si le revêtement F-DLC était adopté mondialement, cela réduirait de manière significative les émissions de carbone et la consommation d’eau pour l’infrastructure énergétique existante.
Comment ça marche ?
Le nouveau revêtement F-DLC des chercheurs améliore le transfert de chaleur parce que le matériau est hydrophobe.
Lorsque la vapeur se condense en eau, elle ne forme pas une fine pellicule qui recouvre la surface, comme le fait l’eau sur de nombreux métaux propres et leurs oxydes. Au contraire, l’eau forme des gouttelettes sur la surface du F-DLC, ce qui met la vapeur en contact direct avec le condenseur et permet de transférer directement la chaleur.
Cette amélioration du transfert de chaleur par un facteur de 20 se traduit par une augmentation de 2% de l’efficacité globale du processus.
Le revêtement peut être appliqué sur presque tous les métaux courants, et a passé des tests d’abrasion extrêmes, conservant ses propriétés hydrophobes pendant plus de 3 ans.
Collaboration avec l’industrie
L’équipe de recherche collabore maintenant avec la centrale électrique Abbott de l’UIUC pour étudier la performance du revêtement pendant six mois d’exposition continue à la condensation dans des conditions industrielles.
« Si tout se passe bien, nous espérons montrer à tous qu’il s’agit d’une solution efficace et économiquement viable ; Nous souhaitons que notre solution soit adoptée, car même si le développement des énergies renouvelables doit absolument être une priorité, il est toujours très utile de continuer à améliorer ce que nous avons aujourd’hui. » a conclu le Prof. Miljkovic.
En synthèse
Le revêtement F-DLC offre une solution prometteuse pour améliorer l’efficacité de la production d’énergie à partir de combustibles fossiles. Une telle innovation peut jouer un rôle clé dans la réduction des émissions de carbone et de la consommation d’eau à l’échelle mondiale, tout en étant applicable dans l’industrie actuelle.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que le F-DLC?
Un revêtement fabriqué à partir de carbone de type diamant fluoré, conçu pour améliorer le transfert de chaleur dans les condenseurs à vapeur.
Comment le F-DLC améliore-t-il l’efficacité?
Il permet une augmentation de 2% de l’efficacité globale du processus en améliorant le transfert de chaleur de 20 fois.
Est-ce applicable industriellement?
Oui, des tests de longue durée ont démontré sa durabilité et son applicabilité dans des conditions industrielles.
Quel est l’impact sur l’environnement?
Une réduction de 460 millions de tonnes de CO2 et 2 billions de gallons d’eau économisés chaque année si appliqué globalement.
Légende illustration principale : Conduits de condenseurs à vapeur en cuivre revêtus de F-DLC (en haut) et sans revêtement (en bas). Le revêtement F-DLC permet à l’eau condensée de se former en gouttelettes plutôt qu’en une fine pellicule recouvrant le tuyau. Crédit : The Grainger College of Engineering at the University of Illinois Urbana-Champaign
référence Nature Communications : « Ultra-resilient multi-layer fluorinated diamond-like carbon hydrophobic surfaces » – DOI : 10.1038/s41467-023-40229-6
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