p A maioria das usinas de produção de eletricidade do mundo - sejam movidas a carvão, gás natural, ou fissão nuclear - produzir eletricidade gerando vapor que gira uma turbina. Esse vapor é então condensado de volta à água, e o ciclo começa novamente. p Mas os condensadores que coletam o vapor são bastante ineficientes, e melhorá-los pode fazer uma grande diferença na eficiência geral da usina.

p Agora, uma equipe de pesquisadores do MIT desenvolveu uma maneira de revestir essas superfícies do condensador com uma camada de grafeno, apenas um átomo de espessura, e descobri que isso pode melhorar a taxa de transferência de calor por um fator de quatro - e potencialmente ainda mais do que isso, com mais trabalho. E ao contrário dos revestimentos de polímero, os revestimentos de grafeno provaram ser altamente duráveis ​​em testes de laboratório.

p Os resultados são relatados no jornal Nano Letras pelo estudante de pós-graduação do MIT Daniel Preston, professores Evelyn Wang e Jing Kong, e dois outros. A melhoria na transferência de calor do condensador, que é apenas uma etapa no ciclo de produção de energia, pode levar a uma melhoria geral na eficiência da usina de 2 a 3 por cento com base em números do Electric Power Research Institute, Preston diz - o suficiente para fazer uma redução significativa nas emissões globais de carbono, uma vez que essas usinas representam a grande maioria da geração de eletricidade do mundo. "Isso se traduz em milhões de dólares por usina por ano, " ele explica.

p Existem duas maneiras básicas em que os condensadores - que podem assumir a forma de tubos de metal em espiral, geralmente feito de cobre - interage com o fluxo de vapor. Em alguns casos, o vapor se condensa para formar uma fina lâmina de água que reveste a superfície; em outros, forma gotículas de água que são puxadas da superfície pela gravidade.

p Quando o vapor forma um filme, Preston explica, que impede a transferência de calor - e, portanto, reduz a eficiência - da condensação. Portanto, o objetivo de muitas pesquisas é aumentar a formação de gotículas nessas superfícies, tornando-as repelentes à água.

p Muitas vezes, isso foi conseguido usando revestimentos de polímero, mas eles tendem a se degradar rapidamente no alto calor e umidade de uma usina de energia. E quando os revestimentos são feitos mais espessos para reduzir essa degradação, os próprios revestimentos impedem a transferência de calor.

p "Achamos que o grafeno poderia ser útil, "Preston diz, "já que sabemos que é hidrofóbico por natureza." Então ele e seus colegas decidiram testar a capacidade do grafeno de derramar água, e sua durabilidade, sob condições típicas de usinas de energia - um ambiente de puro vapor de água a 100 graus Celsius.

p Eles descobriram que o revestimento de grafeno com um átomo de espessura realmente melhorou a transferência de calor quatro vezes em comparação com as superfícies onde o condensado forma folhas de água, como metais nus. Cálculos posteriores mostraram que a otimização das diferenças de temperatura poderia aumentar essa melhoria em 5 a 7 vezes. Os pesquisadores também mostraram que após duas semanas inteiras sob tais condições, não houve degradação mensurável no desempenho do grafeno.

p Por comparação, testes semelhantes usando um revestimento repelente de água comum mostraram que o revestimento começou a se degradar em apenas três horas, Preston diz, e falhou completamente em 12 horas.

p Como o processo usado para revestir o grafeno na superfície do cobre - chamado de deposição química de vapor - foi testado extensivamente, o novo método pode estar pronto para teste em condições do mundo real "em apenas um ano, ", Diz Preston. E o processo deve ser facilmente escalonável para bobinas de condensador do tamanho de uma usina de energia.

p “Este trabalho é extremamente significativo porque, no meu conhecimento, é o primeiro relato de condensação gota a gota durável com um revestimento de superfície de camada única, "diz Jonathan Boreyko, um professor assistente de engenharia biomédica e mecânica na Virginia Tech, que estudou condensação em superfície superhidrofóbica. "Essas descobertas são um tanto surpreendentes e muito empolgantes."

p Boreyko, que não estava envolvido na pesquisa, acrescenta que este método, se comprovado por meio de testes adicionais, "poderia melhorar significativamente a eficiência das usinas e outros sistemas que utilizam condensadores." p Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.