Seksjonen forskning består av saker som er skrevet av ansatte i Forskningsrådet, Sintef, NTNU og UiO.
Bildet viser kobberrør eksponert for vanndamp ved 100 grader celsius. Rørene på bildet til høyre har ingen form for belegg, mens rørene til venstre har et syltynt lag med grafen. Sistnevnte har bedre varmeoverføringsevner. (Bilde: Daniel Preston, Evelyn Wang, Jing Kong/MiT)

GRAFÉN I DAMPTURBIN

Slik kan supermaterialet bedre effektiviteten i dampturbiner

– Utgjør millioner av dollar for hvert kraftverk hvert eneste år.

Forskere ved Massachusetts Institute of Technology (MIT) i USA mener de har klart å finne en metode for å øke effektiviteten i den tradisjonelle dampturbinen ved å bruke superstoffet grafén.

– Besparelsen utgjør millioner av dollar for hvert kraftverk hvert eneste år, sier medforsker Daniel Preston ved MIT til universitetets eget nettsted.

Selv om norsk vannkraft bruker andre typer turbiner i el-produksjon, kan oppdagelsen bli brukt til å redusere energibruken på enkelte plattformer på norsk sokkel, sier gass-forsker Marit Mazzetti ved Sintef Energi.

Men først mer om oppdagelsen til forskerteamet på MIT.

Les også: Satte rekord med solceller som er perfekte for norske forhold

Lite effektive

De fleste av verdens kraftverk produserer elektrisitet gjennom en dampturbin, uansett om de fyres på kull, naturgass eller kjernekraft. I disse varmekraftverkene brukes for eksempel varmen i eksosen fra en gassturbin til å koke vann, mens dampen driver en turbin som genererer kraft. Dette pågår i en kontinuerlig syklus.

Problemet er at kondenserne som samler opp dampen er lite effektive. Disse består for eksempel av kveilede rør i kobber.

Forskerteamet ved MIT, med bachelorstudenten Danien Preston og professorene Evelyn Wang og Jun Kong i spissen, kledte derfor kondensatorene med supermaterialet grafén, som bare er et atom tykt.

Materialet, som er "utnevnt" til å være verdens sterkeste materiale, samtidig som det er florlett, fleksibelt og med unike egenskaper til å lede varme, førte til at varmeoverføringen fra kondensatoren ble fire ganger så effektiv, konkluderer forskerne.

Les også: Nå produserer denne gamle fisketråleren strøm

Vesentlig forskjell

Når kondensatorer med grafén-belegg klarer å overføre mer varme, vil hele kraftverket prestere bedre og øke energieffektiviteten totalt sett med mellom to og tre prosent, konkluderer forskerne i tidsskriftet Nano Letters.

– Dette er nok til å utgjøre en signifikant forskjell i de globale klimagassutslippene, ettersom slike kraftverk representerer den store majoriteten av verdens elektrisitetsproduksjon, sier Preston.

Ifølge forskerne er kan varmeoverføringen fra kondenserne bli redusert på to måter. Den ene ved at kondens legger seg som en tynn vannfilm på overflaten av kobberrørene, den andre ved at det dannes dråper som trekkes bort fra overflaten som følge av tyngdekraften.

Japanerne skriker etter ren kraft: Japanerne skriker etter ren energi - nå vil de hente den fra Finnmark

Vann som isolasjon

– Vannet fungerer som isolasjon utenpå kobberrørene, reduserer kontakten mellom dampen og røret, og dermed effektiviteten, forklarer gassforsker Mazzetti i Sintef Energi.

Målet til forskerne var å forbedre dråpedannelse på overflater ved å gjøre overflatene vannavstøtende.

Ofte brukes polymerbelegg for å oppnå vannavstøtende effekt, men disse har en tendens til å bli raskt nedbrutt i høy varme og fuktighet, noen som ville ført til enda større isolasjonseffekt og redusert varmeoverføring.

– Vi hadde en teori om at grafén kunne være nyttig, siden vi vet at materialet er hydrofobt av natur, sier Preston i artikkelen.

Kostet 1 milliard og ble aldri brukt: Det kostet en milliard og ble aldri tatt i bruk. Nå selger Statnett reservegasskraftverket på Tjeldbergodden

Firedoblet varmeoverføringen

Forskerteamet testet hvor vannavstøtende grafén var under kraftverkslignende forhold, i ren vanndamp ved 100 grader celsius.

Konklusjonen var at grafén firedoblet varmeoverføringen sammelignet med overflater hvor kondens dannet en vannfilm, som for eksempel på bart metall.

Forsøkene viste også at denne effekten kan bli enda bedre ved å justere temperaturforskjeller, samt at grafén-materialet etter to ukers bruk ikke hadde spor av slitasje.

Forskerne mener oppdagelsen vil være klar for å testes under reelle forhold om mindre enn ett år, fordi påføringsprosessen, kjemisk dampavsetning (CVD) er velkjent teknologi.

Les om at: Grafén kan gi 100 ganger raskere internett

Norsk sokkel

– Dette er interessant, fordi metoden kan bidra til å redusere energibruken på noen plattformer på norsk sokkel, sier gassforsker Mazzetti ved Sintef Energi.

Mazzetti forsker på hvordan de rundt 189 gassturbinene som er i drift på olje- og gassplattformer på norsk sokkel kan jobbe mer effektivt, for å redusere klimagassutslippene fra norsk offshorevirksomhet. Arbeidet pågår gjennom forskningsprosjektet Compacts.

Ifølge forskeren står åtte av totalt ti kilo CO2-utslipp fra norsk sokkel fra gassfyrt kraftproduksjon på plattformer.

En metode er å hekte en dampturbin på plattformen og bruke restvarmen i eksosen fra gassturbinene til å lage mer elektrisitet til plattformen. Dermed kan man redusere bruken av gassturbinene.

– Vi jobber for å redusere utslippene fra offshoreinstallasjoner med 22-25 prosent. For å få til det prøver vi å finne ut hvordan vi kan redusere størrelse og vekt på dampturbiner, slik at de får plass på plattformene, forteller Mazzetti.

Les om at: Grafén skal gi LED-lys lengre liv

Kobber vs titan

I øyeblikket skal bare tre plattformer på norsk sokkel ha dampturbin, ifølge forskeren. Målet er altså å øke antallet dampturbiner i framtiden.

Mazzetti tar et forbehold om at grafén kan ha en annen effekt på kondensrør som brukes på plattformer. Disse er i titan og ikke kobber, for å tåle havforholdene.

Men det er ikke grunn til å tro at grafen vil ha svært annerledes effekt på titan enn kobber, ifølge Ole Øystein Knudsen, forsker på korrosjon og overflater i Sintef Materialer og kjemi.

– Det blir en teoretisk betraktning, men grafen vil fjerne et lag med varmemotstand også på titan. Vi kan ikke slå fast at effekten er fire ganger så høy, slik som på kobber, men forbedringen vil trolig være betydelig, sier Knudsen.

Les også: Forskere mener grafén vil bli et overlegent smøremiddel

Mange små bidrag

Selv om 3 prosent utgjør lite av målet, kan en effekt-økning på tre prosent ved bruk av grafen i dampturbiner være et bidrag, mener hun.

– Dersom vi skal klare å redusere klimagassutslippene med 40 prosent innen 2030, slik EU har vedtatt, kan mange mindre effektiviteringstiltak som dette i sum føre til at vi når målet, mener Mazzetti.

Sintef-forskeren er forøvrig spent på om grafén-materialet har så lang holdbarhet som forskerne antyder.

Les også: – Hvis dette er sant, blir oljen verdiløs