Kern- en kolencentrales behoren tot de dorstigste machines op aarde. De turbines die erin draaien om elektriciteit op te wekken, hebben tonnen en tonnen stoom nodig. en al dat water moet ergens vandaan komen.

Recente studies hebben geschat dat ongeveer twee vijfde van de zoetwateronttrekking van het land en drie procent van het totale zoetwaterverbruik naar de stoomgeneratoren van grote elektriciteitscentrales in de Verenigde Staten gaat. Om de enorme hoeveelheden water die nodig zijn om deze installaties te laten werken, te verminderen, wetenschappers zijn op zoek gegaan naar nieuwe technologieën die hun efficiëntie kunnen verbeteren en de vraag naar water kunnen verminderen.

Als onderdeel van een groter consortium met partners van verschillende energiebedrijven, universiteiten, en overheidsinstanties, onderzoekers van het Argonne National Laboratory van het Amerikaanse ministerie van Energie ontwikkelen een speciale klasse nanodeeltjes die gedeeltelijk smelten als stoom verdampt uit de koeltorens van een fabriek, het absorberen van een aanzienlijk percentage van de verspreide warmte in het systeem.

Om te kunnen opereren, elektrische centrales gebruiken een cyclus die gedeeltelijk gecondenseerde stoom op hoge temperatuur gebruikt om een ​​grote turbine te laten draaien. Tijdens de generatie, een aanzienlijke hoeveelheid van deze stoom gaat verloren door verdamping. “In elke cyclus er is een aanzienlijke hoeveelheid water die we niet kunnen heroveren, ” zei Argonne materiaalwetenschapper Dileep Singh, die werkt aan de ontwikkeling van de gespecialiseerde nanodeeltjes.

De nanodeeltjes zijn gebaseerd op wat bekend staat als een "core-shell" -configuratie, waarbij een stevige buitenlaag een binnenlaag beschermt die boven een bepaalde temperatuur kan smelten. Eenmaal verspreid in de watervoorziening van de plant, de nanodeeltjes kunnen tijdens de thermische cyclus warmte opnemen. Na gedeeltelijk smelten, de deeltjes reizen naar de koeltoren waar ze opnieuw stollen. Het systeem is gesloten en ontworpen om lekkage van water of stoom van de plant naar de omgeving te voorkomen.

Op moleculair niveau, Singh en zijn collega's houden zich vooral bezig met het oppervlak van de nanodeeltjes, want de chemie op de grens tussen het metaal en het water bepaalt hoeveel warmte de deeltjes kunnen opnemen. “We experimenteren met het kijken naar de binding tussen de deeltjes en de watermoleculen, ' zei hij.

“Wat we echt willen weten, is hoeveel warmte we kunnen opnemen bij een constante hoeveelheid water om het systeem te koelen, ' voegde hij eraan toe. "Milieuverantwoorde energiegroei houdt in dat je je zorgen maakt over hoe je je watervoorraden beheert."

De enorme hoeveelheden water die nodig zijn om deze faciliteiten te laten werken, zullen de massaproductie van de nanodeeltjes noodzakelijk maken zodra ze commercieel zijn ontwikkeld. een feit dat het onderzoeks- en ontwikkelingsproces mogelijk zou kunnen bemoeilijken, zei Argonne associate divisiedirecteur Thomas Ewing. “Als we beginnen met laboratoriumtesten, we moeten rekening houden met de kosten en problemen die gepaard gaan om dit te laten werken in een echte energiecentrale, ' zei hij. "Er zijn veel afwegingen om rekening mee te houden."

Volgens Ewing, Argonne werkt samen met het Electric Power Research Institute en andere partners om deze basistechnologie snel door de ontwikkelingspijplijn te krijgen. Volgens de eerste plannen moet de demonstratie van proof of concept dit jaar beginnen en moet de volledige commerciële implementatie over vier jaar beginnen. “Het is praktisch ongehoord voor de industrie om zo snel een nieuwe technologie in te voeren, ' zei Ewing. “Echter, waterverbruik is een groot probleem dat de uitbreiding van het vermogen beperkt. Als we de energiecrisis willen oplossen, we zullen moedig moeten bewegen.”