Projektbeschreibung
Wasser- und Energiesysteme bekommen salzresistente Oberflächen
Systeme für Energieumwandlung und Wasseraufbereitung haben ein Problem mit einer bestimmten Art des Fouling: wenn feste, aufgeheizte Oberflächen mit Wasser in Kontakt kommen, flocken vorher gelöste Salzkristalle wieder aus und bilden unerwünschte Salzablagerungen (Scaling). Schwer lösliche Salze wie Calciumcarbonat und Calciumsulfat können die Wärmeübertragung in Wärmetauschern massiv stören und die Durchflussleistung der Membranen senken. Doch trotz vielfältiger Bemühungen gibt es noch immer keine vernünftig gestalteten Beschichtungen, die zur Vorbeugung von Scaling ohne aktive Mittel wie Antiscalant als Zusatzstoff auskommen. Im EU-finanzierten Projekt DESCALE werden nun ausgehend von der Zusammensetzung und Topografie einer neuen Antiscalant-Beschichtung in einem nachhaltigen Ansatz Mechanismen untersucht, die die Keimbildung solcher Scaling-Salze verhindern und die Adhäsion reduzieren. Schließlich sollen daraus bessere Oberflächen entstehen, die gegen Scaling unempfindlich und dabei gleichzeitig umweltfreundlicher sind als Antiscalant-Produkte.
Ziel
Crystallization fouling, a process where scale forms on surfaces, is pervasive in nature and technology, negatively impacting the energy conversion and water treatment industries. Despite significant efforts, rationally designed materials that are intrinsically resistant to crystallization fouling without the use of active methods like antiscalant additives (which can persist long after their disposal and the toxicological impact of which in effluent is questioned) remain elusive. This is because antiscalant surfaces are constructed today without sufficient reliance on an intricate but necessary science-base, of how interweaved interfacial thermofluidics, nucleation thermodynamics, and surface nanoengineering control the onset of nucleation and adhesion of frequently encountered scaling salts like calcium carbonate and calcium sulfate. Such scaling salts are common components of fouling deposits in industrial heat exchangers and membranes, which significantly inhibit heat transfer and flow performance. Therefore, guided by interfacial thermofluidic and thermodynamics theories, and employing advanced experimental methods in the areas of surface nanoengineering and diagnostics, this project will develop an integrated knowledge-base for how engineered surfaces can beneficially interact with interfacial transport phenomena in order to significantly advance antiscalant surfaces. We aim to pinpoint mechanisms for inhibiting scale nucleation and reducing adhesion in order to design and engineer antiscalant materials based on the collaborative action of their composition and topography. The effects of surface texture curvature, surface composition, and substrate compliance on scale nucleation and adhesion have intertwined and sometimes competing impacts, which we aim at elucidating to realize high performance scale-phobic surfaces. Connected to this are cutting edge materials fabrication techniques and considerations to the development of surfaces for future applications.
Wissenschaftliches Gebiet
- natural sciencesphysical sciencesastronomyplanetary sciencesplanetary geology
- natural scienceschemical sciencesinorganic chemistryalkaline earth metals
- natural sciencesphysical sciencesthermodynamics
- engineering and technologynanotechnologynano-materials
- engineering and technologyenvironmental engineeringenergy and fuelsenergy conversion
Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
ERC-STG - Starting GrantGastgebende Einrichtung
8092 Zuerich
Schweiz