Зараз, більше ніж через 20 років ХХІ століття, важливість боротьби зі зміною клімату зростає. Згідно з пропозицією коаліції ООН Net Zero Coalition: Паризька угода 2050 року підкреслює необхідність значного скорочення викидів протягом десяти років, щоб утримати глобальне потепління нижче 1,5 градуса та гарантувати придатний для життя клімат. Щоб досягти цього, виробники важкої промисловості швидко будують бізнес і інвестують значні кошти, а технологічні стартапи створюють нові рішення. Незважаючи на інвестиції промислових виробників у вирішення проблеми та створення нових рішень новими технологічними компаніями, глобальна мета залишається недосягнутою.
В основі захоплення вуглецю лежать деякі відносно прості хімічні реакції. Будь-яка система уловлювання та регенерації вуглецю повинна працювати з надзвичайною ефективністю, щоб гарантувати, що вона не посилить проблеми, споживаючи паливо з високим вмістом вуглецю або викидаючи більше вуглецю в атмосферу. Іншими словами, ми повинні вловити якомога більше вуглецю, використовуючи набагато менше вуглецю для генерації реакції, ніж уловлюється. В ідеалі мета полягає в обміні нульового введення вуглецю на необмежену рекуперацію вуглецю на виході.
Щоб вирішити цю проблему, необхідна вуглецево-негативна інфраструктура. Найефективніший, результативний і масштабований спосіб допомогти зменшити викиди CO2 – використовувати пряме захоплення повітря (DAC). Пряме уловлювання повітря – це технологія, яка відокремлює вуглекислий газ від повітря для створення економічно необхідних продуктів, таких як сільськогосподарська продукція, будівельні матеріали, паливо, пластмаси та хімікати. ЦАП також забезпечують поглинання -- здатність зберігати CO2 для конструктивних цілей -- перетворюючи його із загрози на можливість.
Переваги адитивного виробництва
Для видалення вуглецю з атмосфери потрібна система фільтрів, теплообмінників, конденсаторів, газовіддільників і компресорів. Багато з цих складних деталей вимагають геометрії, яка добре підходить для адитивного виробництва, яке є більш ефективним і потенційно рентабельнішим, ніж традиційні методи виробництва, і забезпечує суттєву продуктивність пристроїв ЦАП і економічні переваги:
Оптимізація конструкції для енергоефективності. Коли ми застосовуємо можливості оптимізації дизайну адитивного виробництва до цих систем уловлювання та утилізації вуглецю, у нас є потенціал для значного підвищення продуктивності та ефективності, наближаючись до втрат енергії.
Свобода дизайну. Швидке виготовлення прототипів звільняє дизайни для вираження нових структур, необхідних для ефективного захоплення та обробки атмосферного вуглецю та використання його для чогось корисного.
продуктивність. Він може виробляти ряд сплавів з високотемпературною стійкістю, стійкістю до корозії та високою теплопровідністю.
Розширюваність. Швидка поставка з масштабованим виробництвом для підтримки високого попиту на обладнання в польових умовах.
Ефективність ланцюга поставок. Інтеграція компонентів і загальний дизайн дозволяють оптимізувати якість і ланцюжок поставок. Ми не можемо ігнорувати вуглецевий слід використання кількох постачальників по всій країні для виробництва одного компонента.
Адитивне виробництво відповідає всім вимогам до виробництва таких реакторів і дає змогу використовувати різноманітні потреби в уловлюванні вуглецю.
Мікротурбінне обладнання
Мікротурбіни є новою технологією в різних галузях промисловості, включаючи виробництво електроенергії. Вони пропонують можливість забезпечити ефективну подачу газу та рідини під високим тиском у малому форм-факторі з мінімальним енергетичним/вуглецевим слідом. Ефективність уловлювання вуглецю дуже схожа на ефективність загального виробництва електроенергії та є функцією виробництва та споживання енергії.
Висока продуктивність, надійне стиснення повітря та стабільність тиску в системі є критично важливими для функціонування систем уловлювання вуглецю зараз і, що більш важливо, у майбутньому. У міру того, як промислові системи уловлювання вуглецю переходять у бік більш комерційних одиниць і розподіленого виробництва та експлуатації, стає ще важливішим використовувати нову, компактну технологію турбін для забезпечення високоефективної маломасштабної діяльності.
Mмеханічний фільтр
Ключовою частиною уловлювання вуглецю є спочатку «вловлювання» вуглецю за допомогою структурованих механічних фільтрів, зазвичай покритих амінами, що притягують вуглець. Повітря втягується в систему через перший ступінь, який є етапом «прямого повітряного контакту». Ефективність фільтра, який безпосередньо контактує з повітрям, можна максимізувати за допомогою структури фільтра, яка забезпечує максимальний контакт між вхідним повітрям і поверхнею фільтра. Адитивне виробництво дає змогу створити функціональний дизайн цього фільтра, який може викликати високий рівень турбулентності та змішування, а також велику площу поверхні для максимального контакту з повітрям.
Hїсти обмінник
Відходи тепла є поширеною проблемою при вловлюванні вуглецю. Вуглець, уловлений на першій стадії прямого контакту з повітрям, необхідно евакуювати з механічного фільтра на наступну стадію очищення. У багатьох варіантах реалізації технології це досягається шляхом вивільнення вугілля з фільтра за допомогою пари під тиском. Теплообмінники можуть бути використані для видалення залишкового тепла з процесу генерації пари і, як правило, нижче за потоком, щоб знизити температуру багатої вуглецем пари, що виходить зі стадії фільтра. Крім того, нові стратегії теплообміну в поєднанні з подальшою дистиляцією та етапами рафінування підтримують постійну температуру процесу для підтримки хімічних реакцій і виробництва вуглецевих продуктів.
Пластина дифузора
Пластини дифузора зазвичай використовуються в хімічній обробці, щоб взяти об’єм газу або рідини та змішати його. Дифузія рідини працює як концепція колімації світла, яка бере джерело світла та організовує енергію так, щоб світло розсіювалося паралельними шляхами променя. Розсіювальна пластина дуже схожа на спринклерну головку садового шланга, вона переливатиме хаотичну рідину в структурований рівномірний потік. Рідинні дифузійні пластини є важливою частиною технологічного блоку для забезпечення рівномірного потоку та обробки рідин, багатих вуглецем, під час їх протікання.
Адитивне виробництво дозволяє пластинам дифузора великого об’єму забезпечувати високоефективне диспергування рідини, насамперед через складність конструкції, пов’язану з виконанням форм пластин дифузора, а також форм сопла дифузора. Запозичуючи концепції дизайну паливних форсунок для аерокосмічної промисловості та спринклерів напівпровідникового основного обладнання, пластини дифузора, виготовлені за допомогою добавок, можна виготовити в 20 разів швидше, ніж чисту механічну обробку.
Кулери та дистилятори
Продукт, багатий вуглецем, що виходить зі стадії фільтрації, можна вважати «брудним» і потребує подальшої обробки перед використанням. Цю повторну обробку брудного вуглецю можна проводити поза окремою системою, але це означає, що більше вуглецю генерується під час логістики збору та транспортування брудних вуглецевих продуктів до установок вторинної переробки. Найцінніші та перспективні системи уловлювання вуглецю мають певний ступінь інтегрованої переробки брудних вуглецевих продуктів, так що вихід системи уловлювання вуглецю включає чисті придатні для використання вуглецеві продукти та безпечні побічні продукти на основі води.
Башти нафтопереробного заводу, включаючи дистилятори та теплообмінники з інтегрованим охолодженням, традиційно є відносно складними для збирання, з десятками корпусів і ступенів з листового металу (до сотень ярдів колін), а також десятками фланців, фітингів, колекторів, які можуть бути оброблені або литі. Усе це потрібно отримати та зібрати, що ще більше збільшить сукупний викид вуглецю та забруднення від простого виготовлення деталей та їх складання.
Адитивне виробництво забезпечує широкий спектр інтеграції компонентів і загального дизайну, що забезпечує значну інтеграцію та оптимізацію ланцюжка поставок. Це також дає змогу створювати першочергово функціональні ефективні конструкції, які пришвидшують фінішну стадію та забезпечують більший вихід у меншому форм-факторі.
Колектори (рідина, газ і пара)
Уловлювання вуглецю – це хімічний процес, який включає поєднання рідин і газів із хімією, температурою та тиском. Колектори мають багато застосувань у вловлюванні вуглецю, від доставки хімікатів до технологічних камер до ефективного розподілу охолоджувальної рідини до компонентів активного охолодження, таких як теплообмінники, і загального розподілу газу. Виробництво цих деталей ускладнює не вимога до хімічної стійкості чи спеціальні аерокосмічні матеріали, а необхідність підтримувати вирівнювання тиску на багатьох відгалуженнях і навіть переміщувати рідини через технологічну камеру. Ефективне розгалуження «один-до-багатьох» і рівномірний потік рідини в поєднанні з обмеженнями простору та збірки — це геометрична проблема, де адитивне виробництво має унікальні переваги, а аерокосмічна, оборонна та напівпровідникова промисловість зараз переймають цю технологію. Широке впровадження є доказом .
Можливість того, що ми зможемо легше дихати в майбутньому
Пряме уловлювання та очищення повітря є ключовими технологіями для підвищення рівня вуглецю в атмосфері, а адитивне виробництво наразі робить цю технологію значно ефективнішою. У зв’язку з цим головний керівник рішень 3D Systems сказав: «3D Systems і AirCapture пройшли довгий шлях у своїй співпраці, використовуючи адитивне виробництво для швидкої ітерації та створення виробничих компонентів. Високоефективні геометрії, застосовані до стека процесів, і збільшення теплообміну вловлювати ефективність, одночасно зменшуючи форм-фактор і площу, що робить технологію легкою для встановлення та, зрештою, розширення. Ми вважаємо, що з подальшим впровадженням передових технологій виробництва та інструментів проектування легше зрозуміти, що клімат усе ще може бути комфортним і придатним для життя майбутнім поколінням».