Учёные из Университета Уильяма Марша Райса обнаружили, что крошечные нити из углеродных нанотрубок могут выполнять ту же функцию, что и крупные металлические нагревательные элементы, применяемые в промышленности.
Сегодня нагрев газа используется во множестве отраслей — от металлургии и производства цемента до обработки пищевых продуктов и стерилизации оборудования. Обычно для этого применяются металлические спирали и системы, работающие на сжигании топлива. Такой подход не только увеличивает выбросы углекислого газа, но и требует размещения нагревательных элементов непосредственно в потоке газа, что ускоряет износ оборудования и создаёт бНаголее жёсткие условия эксплуатации.
Исследовательская группа предложила альтернативу — использование углеродных нанотрубок. Эти микроскопические цилиндрические структуры формируются из графена и обладают уникальными свойствами: они чрезвычайно прочные, отлично проводят тепло и электричество и при этом могут быть в десятки тысяч раз тоньше человеческого волоса. Благодаря таким характеристикам нанотрубки способны заменить традиционные металлические элементы в системах промышленного нагрева.
Во время испытаний массивы тонких нитей показали более высокую удельную мощность по сравнению с аналогичными элементами из металлических сплавов. Это означает, что при тех же размерах они способны выделять больше тепла при подаче электричества. Кроме того, исследователи продемонстрировали, что такие нити можно вплетать в текстильные структуры, формируя лёгкие и пористые нагревательные панели с большой площадью поверхности. Через такую ткань может проходить газ, равномерно нагреваясь благодаря электрическому току.
Ещё одним преимуществом стала более стабильная работа системы: нанотрубки обеспечивают равномерное распределение температуры и уменьшают риск локального перегрева, который часто становится причиной поломок традиционных нагревательных элементов.
Если технология продолжит успешно развиваться, она может помочь ускорить электрификацию промышленности и значительно сократить выбросы парниковых газов. Пока разработка находится на стадии исследований и прототипирования, поэтому готовые устройства на основе этой технологии ещё не внедряются.
