혁신적인 코팅으로 터빈 엔진 효율성 향상: 연료 절감과 배출 감소 달성
Seoul버지니아 대학교 연구팀은 터빈 엔진의 효율성을 향상시키기 위해 새로운 보호 코팅을 개발하는 데 성과를 보였습니다. 이 코팅은 터빈이 더 높은 온도에서 작동할 수 있게 하여 효율성을 높이고 연료 소비와 배출을 줄입니다. 터빈 엔진은 항공 및 발전 산업에서 중요한 역할을 담당하고 있습니다.
미 에너지부의 ARPA-E ULTIMATE 프로그램의 지원을 받는 이 프로젝트는 내열 금속 합금을 활용한 코팅 개발에 집중했다. 이들 재료는 산화 저항이 약해 잘 사용되지 않았지만, 새로운 연구 덕분에 다시 주목받고 있다. 연구의 중요한 부분으로 희토류 산화물이 사용되며, 이러한 물질은 안정적이며 우수한 보호 능력을 제공하는 것으로 알려져 있다.
연구진은 이트륨, 에르븀, 이터븀과 같은 희토류 원소를 사용하여 단층 코팅을 개발했습니다. 이러한 조합을 세밀하게 조정함으로써 코팅의 성능을 크게 향상시켰습니다. 이 혁신은 현재 터빈 엔진에 사용되는 복잡한 다층 시스템의 필요성을 없앱니다.
이 연구는 코팅의 두 가지 주요 도포 방법을 사용했습니다:
- 열분사: 소재를 가열하여 녹인 상태로 도포하는 방법
- 액체 혼합물을 적용한 후 표면에서 건조 및 고화되는 방법
기계 학습과 컴퓨터 시뮬레이션은 이 연구에서 중요한 역할을 했습니다. 연구팀은 이러한 도구를 활용하여 희토류 산화물의 최적 혼합을 찾았습니다. 계산 기법 또한 다양한 시나리오를 빠르게 시험해볼 수 있게 해주어, 테스트와 개선 과정을 신속하게 진행할 수 있었습니다.
터빈을 높은 온도로 운영하는 것은 산업계에 큰 영향을 미칩니다. 이는 비용 절감, 배출 감소, 효율성 향상에 기여합니다. 특히 전기를 생산하는 데 매우 중요한 요소로, 터빈은 열을 전력으로 변환하는 데 핵심적인 역할을 합니다.
환경적 영향이 매우 큽니다. 더 효율적인 엔진은 화석 연료 소비를 줄이고 온실가스 배출을 감소시킵니다. 이러한 기술은 환경 영향을 줄이려는 산업계에 매력적입니다.
연구 결과는 유망하지만 이제 시작일 뿐입니다. 연구팀은 추가 실험과 조정의 필요성을 인식하고 있습니다. 개선이 지속되면서, 이 코팅 기술은 터빈 엔진 분야의 새로운 기준을 세울 가능성이 있으며, 산업계와 소비자 모두에게 이익을 가져다줄 것입니다. 더 효율적이고 지속 가능한 터빈 엔진을 향한 길은 이 혁신적인 코팅으로 시작되었습니다.
연구는 여기에서 발표되었습니다:
http://dx.doi.org/10.1016/j.scriptamat.2024.116206및 그 공식 인용 - 저자 및 저널 포함 - 다음과 같습니다
Kristyn D. Ardrey, Mackenzie J. Ridley, Kang Wang, Kevin Reuwer, Giavanna Angelo, Kevin Childrey, William Riffe, Mahboobe Jassas, Mukil Ayyasamy, Prasanna V. Balachandran, Patrick E. Hopkins, Jonathan Laurer, Carolina Tallon, Bi-Cheng Zhou, Elizabeth J. Opila. Opportunities for novel refractory alloy thermal/environmental barrier coatings using multicomponent rare earth oxides. Scripta Materialia, 2024; 251: 116206 DOI: 10.1016/j.scriptamat.2024.116206
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