Innovative Beschichtungen steigern die Effizienz von Turbinen durch seltene Erden und metallische Legierungen

BerlinEin Forscherteam der Universität von Virginia hat Fortschritte bei der Verbesserung der Effizienz von Turbinentriebwerken erzielt, indem es neue Schutzbeschichtungen entwickelt hat. Diese Beschichtungen ermöglichen den Betrieb der Turbinen bei höheren Temperaturen, wodurch die Effizienz gesteigert und der Kraftstoffverbrauch sowie die Emissionen reduziert werden. Turbinentriebwerke sind essenziell für Branchen wie die Luftfahrt und die Energieerzeugung.

Das vom ARPA-E ULTIMATE-Programm des US-Energieministeriums geförderte Projekt konzentrierte sich auf die Entwicklung von Beschichtungen mit refraktären Metalllegierungen. Diese Materialien wurden bisher kaum genutzt, da sie nicht sehr oxidationsbeständig sind. Neue Forschungen rücken sie jedoch wieder in den Fokus. Ein wesentlicher Bestandteil dieser Forschung ist der Einsatz von seltenen Erdenoxiden, die für ihre Stabilität und ihren hervorragenden Schutz bekannt sind.

Forscher haben seltene Erden wie Yttrium, Erbium und Ytterbium verwendet, um eine einlagige Beschichtung zu entwickeln. Durch die Feinabstimmung dieser Kombinationen konnten sie die Leistung der Beschichtungen erheblich verbessern. Dieser Fortschritt macht komplexe mehrschichtige Systeme, die derzeit in Turbinentriebwerken eingesetzt werden, überflüssig.

Die Studie untersuchte zwei Hauptanwendungsmethoden für diese Beschichtungen:

• Thermisches Spritzen, bei dem das Material erhitzt und im geschmolzenen Zustand aufgetragen wird.
• Das Auftragen einer flüssigen Mischung, die auf der Oberfläche trocknet und aushärtet.

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Maschinelles Lernen und Computersimulationen spielten eine bedeutende Rolle in dieser Forschung. Das Team nutzte diese Werkzeuge, um die besten Mischungen von Seltenerdoxiden zu ermitteln. Rechenmethoden ermöglichten es ihnen zudem, verschiedene Szenarien schnell zu testen, was den Test- und Verbesserungsprozess beschleunigte.

Diese Veränderungen haben erhebliche Auswirkungen. Durch den Betrieb von Turbinen bei höheren Temperaturen können Industrien Kosten sparen, Emissionen reduzieren und die Effizienz steigern. Das ist besonders wichtig für die Stromerzeugung, da Turbinen eine entscheidende Rolle bei der Umwandlung von Wärme in Energie spielen.

Der ökologische Einfluss ist erheblich. Effizientere Motoren verbrauchen weniger fossile Brennstoffe und stoßen weniger Treibhausgase aus. Diese Technologie ist daher besonders attraktiv für Unternehmen, die ihren ökologischen Fußabdruck verringern möchten.

Der Forschungsansatz ist vielversprechend, jedoch erst der Beginn. Das Team erkennt die Notwendigkeit weiterer Tests und Anpassungen an. Mit fortschreitenden Verbesserungen könnten diese Beschichtungen neue Maßstäbe in der Turbinentriebwerkstechnologie setzen, zum Vorteil der Industrie und der Verbraucher. Der Weg zu effizienteren und nachhaltigeren Turbinentriebwerken hat mit diesen innovativen Beschichtungen begonnen.