Die Wirkungsgrade von Kohlekraftwerken lassen sich erheblich verbessern, indem man die Temperaturen von Dampfturbinen erhöht und innovative Brennverfahren einsetzt. Wissenschaftler entwickeln Korrosionsschutzbeschichtungen, um die Umsetzung zu erleichtern und Emissionen zu reduzieren.
Die Reduzierung von Emissionen und der Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen ist ein wichtiger Schwerpunkt der Energieforschung. Ersteres ist leichter kurzfristig anzugehen, bis der Übergang zu erneuerbaren Energiequellen kostengünstiger zu gestalten ist. Wissenschaftler wollen im Rahmen des EU-finanzierten Projekts "Production of coatings for new efficient and clean coal power plant materials" (POEMA) Materialien vor Korrosion schützen, die ein großes Problem in hocheffizienten Szenarien darstellt.
Die Zieltemperaturbereich liegt zwischen 700 bis 750 Grad Celsius. Höhere Temperaturen erzeugen Dampfoxidation und vom Dampf verursachte Oxidschichten an den Rohrinnenseiten. Brennerkorrosion ist eine Folge des Zusammenspiels von Metalllegierungen, Rauchgas und Ablagerungen. Sie ist die Hauptursache für ein Versagen in von Kohlebrennern.
Ein neuartiges Brennverfahren für Kohle, das Gegenstand vieler Forschungen auf der ganzen Welt ist, könnte die Wahrscheinlichkeit von Korrosionen noch erhöhen. Oxy-Brennstoff-Verbrennung von Kohle, bei dem Kohle in einem fast reinen Sauerstoffstrom verbrannt wird, ist ein effizienteres Verfahren mit geringerem Brennstoffverbrauch. Dabei entstehen außerdem Rauchgase, die hauptsächlich aus Wasser und Kohlendioxid (CO2) bestehen. Der konzentrierte CO2-Strom kann in CCS-Systemen (Carbon Capture and Sequestration) zur Reduzieren der CO2-Emissionen in die Atmosphäre leichter gereinigt werden.
Die Wissenschaftler bewerteten nano- und mikrostrukturierte Beschichtungen in Luft für die Oxy-Brennstoff-Verbrennung. In den ersten 18 Monaten des Projekts gelangte man von der Auswahl der Substrate und Beschichtungen für das Screening über die Anwendung und Charakterisierung bis zum Beginn der Ökobilanzbewertung.
Eingesetzt werden Metalllegierungssubstrate bestehend aus einem ferritischen Stahl (P92), einer austenitischen (HR3C) und zwei alternativen Legierungen auf Nickelbasis. Von den ursprünglichen 31 Beschichtungen haben die Wissenschaftler zur Optimierung 6 Beschichtungen für die Dampfoxidationsanwendung und 5 für den Brenneroxidationsschutz ausgewählt. Bisher wurden alle Beschichtungen auf das Ferri-Substrat aufgebracht und sowohl unbeschichtete und beschichtete Proben wurden charakterisiert. Lebenszyklusmodelle für einige der beschichteten Systeme sind in der Entwicklung.
Die Steigerung der Effizienz von Kohlekraftwerken ermöglicht eine signifikante Reduktion der CO2-Emissionen. Die von den POEMA-Wissenschaftlern entwickelten Korrosionsschutzbeschichtungen versprechen, einen langen Betrieb unter den erforderlichen Betriebsbedingungen mit wichtigen Vorteilen für die Umwelt zu ermöglichen.
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