Bardziej wydajne spalanie dzięki ochronie antykorozyjnej

Ograniczenie zarówno emisji, jak i zależności od paliw kopalnych stanowi ważny obszar badań z zakresu energetyki. To pierwsze rozwiązanie jest łatwiejsze do osiągnięcia w perspektywie krótkoterminowej do czasu, gdy przejście na źródła energii odnawialnej stanie się tańsze. Naukowcy zainicjowali projekt "Production of coatings for new efficient and clean coal power plant materials" (POEMA) finansowany ze środków UE w celu ochrony materiałów przed korozją, która staje się bardziej problematyczna w przypadku scenariuszy zakładających wyższą wydajność.

Docelowy zakres temperatur wynosi od 700 do 750 stopni Celsjusza. Wyższe temperatury powodują utlenianie parowe i stymulowane przez parę skale utleniania wewnętrznego orurowania. Korozja kominowa to efekt synergistyczny występujący wśród materiałów zawierających stopy metali, gazów spalinowych i osadów. Jest on główną przyczyną awarii pieców opalanych węglem.

Nowy proces spalania węgla będący przedmiotem ogólnoświatowych badań mógłby zwiększyć prawdopodobieństwo wystąpienia korozji. Spalanie paliwa w czystym tlenie, podczas którego węgiel jest spalany w strumieniu niemal czystego tlenu jest bardziej wydajnym procesem wykorzystującym mniejszą ilość paliwa. Ponadto w jego wyniku powstają gazy spalinowe składające się głównie z wody i dwutlenku węgla (CO2). Skoncentrowanie strumienia CO2 ułatwia jego wychwytywanie oraz opracowanie planów sekwestracji w celu ograniczenia uwalniania CO2 do atmosfery.

Naukowcy przeprowadzili ocenę powłok nanostrukturalnych i mikrostrukturalnych podczas spalania z wykorzystaniem zarówno powietrza, jak i czystego tlenu. W trakcie pierwszych 18 miesięcy trwania prac naukowcy przeszli drogę od wyboru substratów i powłok dla potrzeb badań przesiewowych, przez ich zastosowanie i charakteryzację, po początki oceny cyklu życia.

W badaniach wykorzystywane są substraty będące stopami metali zawierającymi stal ferrytyczną (P92), stal austenityczną (HR3C) oraz dwa alternatywne stopy na bazie niklu. Spośród początkowych 31 powłok naukowcy wybrali 6 powłok w celu ich optymalizacji na potrzeby utleniania parowego oraz 5 powłok w celu zapewnienia ochrony przed utlenianiem kominowym. Do chwili obecnej wszystkie powłoki zastosowano na substracie ferrytycznym, po czym scharakteryzowano zarówno próbki pokryte powłokami, jak i próbki pozbawione tych powłok. Obecnie naukowcy pracują nad modelami cyklu życia wybranych systemów z powłokami.

Zwiększenie wydajności elektrowni węglowych umożliwi znaczne ograniczenie emisji CO2. Powłoki antykorozyjne opracowywane przez naukowców w ramach projektu POEMA stwarzają obietnicę długoterminowego funkcjonowania w wymaganych warunkach pracy przy zapewnieniu ważnych korzyści środowiskowych.