Innovatieve coatings verbeteren turbine-efficiëntie met hittebestendige legeringen en zeldzame-aardoxiden

AmsterdamEen team van de Universiteit van Virginia heeft vooruitgang geboekt in de efficiëntie van turbine-motoren door nieuwe beschermende coatings te ontwikkelen. Dankzij deze coatings kunnen turbines bij hogere temperaturen functioneren, wat de efficiëntie verhoogt en het brandstofverbruik en de uitstoot vermindert. Turbine-motoren zijn cruciaal voor sectoren zoals de luchtvaart en energieproductie.

Het project, dat wordt ondersteund door het ULTIMATE-programma van het U.S. Department of Energy's ARPA-E, richtte zich op het ontwikkelen van coatings met gebruik van refractaire metaallegeringen. Deze materialen werden eerder weinig gebruikt vanwege hun slechte weerstand tegen oxidatie, maar nieuw onderzoek brengt daar verandering in. Een belangrijk aspect van dit onderzoek is het gebruik van zeldzame aarde-oxiden, die bekendstaan om hun stabiliteit en uitstekende bescherming.

Onderzoekers hebben zeldzame aardmetalen zoals yttrium, erbium en ytterbium gebruikt om een enkelvoudige coating te ontwikkelen. Door deze combinaties nauwkeurig af te stemmen, hebben ze de prestaties van de coatings aanzienlijk verbeterd. Deze vooruitgang maakt complexe meerlagige systemen, die momenteel in turbines worden toegepast, overbodig.

De studie onderzocht twee voornaamste methoden voor het aanbrengen van deze coatings:

• Thermisch spuiten, waarbij het materiaal tot een gesmolten staat wordt verwarmd voordat het wordt aangebracht.
• Het aanbrengen van een vloeibare mix die opdroogt en uithardt op het oppervlak.

Lees ook:

Vandaag · 12:28

Astronomen onthullen mysterie achter zeldzame radiotransient in sterrenbeeld Puppis: nieuw onderzoeksresultaat

Machine learning en computersimulaties speelden een cruciale rol bij dit onderzoek. Het team zette deze tools in om de meest geschikte combinaties van zeldzame aardoxiden te ontdekken. Bovendien maakten computational technieken het mogelijk om snel verschillende scenario's te testen, waardoor het test- en verbeteringsproces aanzienlijk werd versneld.

Deze veranderingen hebben grote gevolgen. Het gebruik van turbines bij hogere temperaturen helpt industrieën geld te besparen, uitstoot te verminderen en de efficiëntie te verbeteren. Dit is essentieel voor de elektriciteitsproductie, omdat turbines cruciaal zijn bij het omzetten van warmte in energie.

De invloed op het milieu is aanzienlijk. Dankzij efficiëntere motoren wordt er minder fossiele brandstof verbruikt en neemt de uitstoot van broeikasgassen af. Hierdoor wordt deze technologie aantrekkelijk voor bedrijven die hun ecologische voetafdruk willen verkleinen.

Het onderzoek is veelbelovend, maar slechts een beginpunt. Het team erkent de noodzaak van meer tests en aanpassingen. Naarmate de verbeteringen doorgaan, zouden deze coatings nieuwe normen kunnen creëren in de technologie van turbine-motoren, wat zowel industrieën als consumenten ten goede komt. De weg naar efficiëntere en duurzamere turbine-motoren is gestart met deze innovatieve coatings.