Вирус табака повышает эффективность паровых турбин

Исследователи из Дрексельского университета разработали металлическое нанопокрытие, полученного из вируса, поражающего листья растений табака, которое могло бы привести к более эффективному производству пара, повышению эффективности паровых турбин, кондиционеров и электронных систем охлаждения.

Превращение воды из жидкости в газ имеет множество применений помимо кухни - очистные сооружения, системы отопления и автоматического кондиционирования, и, конечно, паровые турбины, которые мы используем для производства электроэнергии - все сильно зависят от этого процесса. Осуществление этого превращения может быть даже более эффективным, чем сейчас и может иметь довольно большое влияние на наши энергетические перспективы.

Обещание такого научного прорыва приходит из неожиданного источника - вируса, поражающего растения табака. Вирус табачной мозаики был самым первым вирусом, который еще в 1930 году определили ученые, и был детально изучен с тех пор. Это простой организм, который состоит из одной нити РНК, окруженной густой сетью покрывающих ее белков. Сегодня ученые считают, что эта схема идеально подходит для создания самоорганизующихся наноструктур.

Мэтью Маккарти (Matthew McCarthy) и его команда из Дрексельского университета использовали вирус для создания специального покрытия, использующее капиллярные силы, чтобы распределять воду равномерно по всей поверхности. Применив данное покрытие на поверхности, разделяющей источник тепла от нагреваемой жидкости, ученые обнаружили, что оно позволило увеличить эффективность кипячения воды более чем в три раза.

Как только вода (или любая другая жидкость) начинает кипеть, наступает момент, когда формируются пузырьки пара и прилипают к поверхности, отделяющей жидкость от источника тепла. Эта точка, известная как «критический удельный тепловой поток», является проблематичной, поскольку эти пузырьки воздуха не дают жидкости нагреваться локально в районе образования пузырьков, а вместо этого перегревают поверхность в этих местах.

Чтобы обойти эту проблему, команда Маккарти использовала мутацию вируса табачной мозаики, которая формирует молекулярные «крючки». Эти крючки позволяют вирусу присоединяться к практически любой поверхности, будь то нержавеющая сталь, алюминий, медь, золото, кремний или полимер. Вирус затем покрывают тонким слоем металла, чтобы образовать твердую структуру, которую исследователи называют «металлической травой».

Когда жидкость вступает в контакт с этой поверхностью, она быстро прилипает и распространяется за счет капиллярных сил, что делает более трудным высыхание для поверхности даже во время кипения. Когда пузырьки воздуха создают форму на поверхности, они также имеют тенденцию уходить быстрее, обеспечивая гораздо большую эффективность нагрева.

Предварительные результаты команды, при применении покрытия «металлической травы» на поверхности кипения, показали увеличение на 240 процентов в критическом тепловом потоке, а это означает, что гораздо больше тепла может быть передано от источника к жидкости прежде, чем пузырьки начинают прилипать к нагревающей поверхности.

«Теплообмен при фазовом переходе играет важную роль во всем: от производства электроэнергии до очистки воды, вентиляции и кондиционирования, и охлаждения электроники», говорит Маккарти. «Повышение производительности этих систем будет означать значительные улучшения в производстве, синжении потребления и сохранении наших энергетических и водных ресурсов».

Команда Маккарти теперь изучает производительность десятков различных конфигураций поверхности, изменяя расстояние между наноструктурами, форму и металлическое покрытие, также ищет способы еще большего повышения производительности.

Источник: facepla.net