Teraz, po viac ako 20 rokoch 21. storočia, sa dôležitosť riešenia klimatických zmien zrýchľuje. Ako navrhuje koalícia OSN Net Zero Coalition: Parížska dohoda z roku 2050 zdôrazňuje potrebu výrazného zníženia emisií v priebehu desaťročia, aby sa globálne otepľovanie udržalo pod 1,5 stupňa a zaručila sa obývateľná klíma. Aby to dosiahli, výrobcovia ťažkého priemyslu rýchlo budujú podniky a masívne investujú, zatiaľ čo technologické startupy vytvárajú nové riešenia. Napriek investíciám priemyselných výrobcov do riešenia problému a vytváraniu nových riešení novými technologickými spoločnosťami zostáva globálny cieľ nenaplnený.
Základom zachytávania uhlíka sú niektoré relatívne jednoduché chemické reakcie. Akýkoľvek systém zachytávania a regenerácie uhlíka musí fungovať s extrémnou účinnosťou, aby sa zabezpečilo, že nezhorší problémy spotrebou palív s vysokým obsahom uhlíka alebo vypustením väčšieho množstva uhlíka do atmosféry. Inými slovami, musíme zachytiť čo najviac uhlíka a zároveň použiť oveľa menej uhlíka na vytvorenie reakcie, ako sa zachytí. V ideálnom prípade je cieľom obchodovať s nulovým uhlíkovým vstupom za neobmedzené získavanie uhlíka ako výstup.
Na vyriešenie tohto problému je potrebná uhlíkovo negatívna infraštruktúra. Najúčinnejším, najefektívnejším a škálovateľným spôsobom, ako pomôcť znížiť emisie CO2, je použitie priameho zachytávania vzduchu (DAC). Priame zachytávanie vzduchu je technológia, ktorá oddeľuje oxid uhličitý zo vzduchu a vytvára ekonomicky potrebné produkty – ako sú poľnohospodárske produkty, stavebné materiály, palivá, plasty a chemikálie. DAC tiež umožňujú sekvestráciu -- schopnosť ukladať CO2 na konštruktívne účely -- premeniť ho z hrozby na príležitosť.
Výhody aditívnej výroby
Odstránenie uhlíka z atmosféry vyžaduje systém filtrov, výmenníkov tepla, kondenzátorov, odlučovačov plynov a kompresorov. Mnohé z týchto zložitých častí vyžadujú geometrie, ktoré sú vhodné na aditívnu výrobu, ktorá je efektívnejšia a potenciálne nákladovo efektívnejšia ako tradičné výrobné metódy a prináša podstatný výkon zariadeniam DAC a ekonomické výhody:
Optimalizácia dizajnu pre energetickú účinnosť. Keď aplikujeme možnosti optimalizácie dizajnu aditívnej výroby na tieto systémy zachytávania a využívania uhlíka, máme potenciál dramaticky zvýšiť výkon a účinnosť, blížiac sa stratám energie.
Sloboda dizajnu. Rýchla výroba prototypov uvoľňuje návrhy na vyjadrenie nových štruktúr potrebných na efektívne zachytávanie a spracovanie atmosférického uhlíka a jeho použitie na niečo užitočné.
výkon. Môže vyrábať sériu zliatin s odolnosťou voči vysokej teplote, odolnosťou proti korózii a vysokou tepelnou vodivosťou.
Rozšíriteľnosť. Rýchle dodanie so škálovateľnou výrobou na podporu vysokého dopytu po zariadeniach v teréne.
Efektívnosť dodávateľského reťazca. Integrácia komponentov a celkový dizajn umožňujú zefektívniť kvalitu a dodávateľský reťazec. Nemôžeme ignorovať uhlíkovú stopu využívania viacerých dodávateľov v celej krajine na výrobu jedného komponentu.
Aditívna výroba spĺňa všetky požiadavky na výrobu takýchto reaktorov a umožňuje aplikácie, ktoré riešia rôzne potreby zachytávania uhlíka.
Vybavenie mikroturbíny
Mikroturbíny sú novou technológiou v rôznych priemyselných odvetviach vrátane výroby energie. Ponúkajú možnosť poskytovať vysokotlakové, efektívne dodávanie plynu a tekutín v malom prevedení s minimálnou energetickou/uhlíkovou stopou. Účinnosť zachytávania uhlíka je veľmi podobná účinnosti všeobecnej výroby elektriny a je funkciou výroby a energetického vstupu.
Vysoký výkon, spoľahlivá kompresia vzduchu a stabilita tlaku v systéme sú rozhodujúce pre fungovanie systémov zachytávania uhlíka teraz a čo je dôležitejšie, aj v budúcnosti. Keďže priemyselné systémy zachytávania uhlíka sa posúvajú smerom k viac komerčným jednotkám a distribuovanej výrobe a prevádzke, je ešte dôležitejšie využívať novú technológiu kompaktných turbín, aby sa umožnili vysokoúčinné prevádzky v malom meradle.
Mmechanický filter
Kľúčovou súčasťou zachytávania uhlíka je najprv „zachytenie“ uhlíka pomocou štruktúrovaných mechanických filtrov, zvyčajne potiahnutých amínmi priťahujúcimi uhlík. Vzduch je nasávaný do systému cez prvý stupeň, ktorý je stupňom „priameho kontaktu so vzduchom“. Účinnosť filtra, ktorý je v priamom kontakte so vzduchom, môže byť maximalizovaná štruktúrou filtra, ktorá umožňuje maximálny kontakt medzi prichádzajúcim vzduchom a povrchom filtra. Aditívna výroba umožňuje dizajn tohto filtra s prvou funkciou, ktorý môže vyvolať vysoké úrovne turbulencií a miešania, ako aj veľkú plochu povrchu pre maximálny kontakt so vzduchom.
Hjesť výmenník
Tepelné odpady sú bežným problémom pri zachytávaní uhlíka. Uhlík zachytený v prvom stupni priameho kontaktu so vzduchom sa musí odsať z mechanického filtra do nasledujúceho stupňa rafinácie. V mnohých uskutočneniach technológie sa to dosiahne uvoľnením uhlíka z filtra pomocou stlačenej pary. Výmenníky tepla možno použiť na odstránenie zvyškového tepla z procesu vytvárania pary a bežnejšie na zníženie teploty pary bohatej na uhlík, ktorá opúšťa stupeň filtra. Okrem toho nové stratégie výmeny tepla v kombinácii s následnými krokmi destilácie a rafinácie udržiavajú proces pri konštantnej teplote, aby sa udržali chemické reakcie a produkovali sa výstupné uhlíkové produkty.
Doska difúzora
Dosky difúzora sa bežne používajú pri chemickom spracovaní na odoberanie určitého objemu plynu alebo kvapaliny a ich miešanie. Difúzia tekutín funguje ako koncept kolimácie svetla, ktorý berie zdroj svetla a organizuje energiu tak, aby sa svetlo rozptyľovalo v paralelných dráhach lúčov. Difúzna doska je veľmi podobná postrekovacej hlavici záhradnej hadice, bude prúdiť chaotickú kvapalinu do štruktúrovaného rovnomerného prúdu. Dosky na difúziu kvapalín sú dôležitou súčasťou procesnej zostavy, aby sa zabezpečil rovnomerný tok a manipulácia s tekutinami bohatými na uhlík, keď pretekajú.
Aditívna výroba umožňuje veľkoobjemovým difúznym doskám poskytovať vysokoúčinnú disperziu kvapaliny, predovšetkým prostredníctvom konštrukčnej zložitosti implementácie tvarov difúznych platní, ale aj tvarov dýz difúzora. Aditívne vyrábané difúzne dosky je možné vyrobiť 20-krát rýchlejšie ako čisté obrábanie, pričom si vypožičiame koncepcie z dizajnu trysiek leteckého paliva a aplikácií postrekovacích zariadení pre polovodičové kapitálové zariadenia.
Chladiče a destilačné prístroje
Produkt bohatý na uhlík vychádzajúci z filtračného stupňa možno považovať za „špinavý“ a pred použitím si vyžaduje ďalšie spracovanie. Toto opätovné spracovanie špinavého uhlíka sa môže vykonávať mimo samostatného systému, ale znamená to, že viac uhlíka sa vytvára počas logistiky zberu a prepravy špinavých uhlíkových produktov do sekundárnych zariadení na prepracovanie. Najcennejšie a najsľubnejšie systémy zachytávania uhlíka majú určitý stupeň integrovaného opätovného spracovania špinavých uhlíkových produktov, takže výstup systému zachytávania uhlíka zahŕňa čisté použiteľné uhlíkové produkty a bezpečné vedľajšie produkty na vodnej báze.
Rafinérske veže, vrátane destilačných kotlov a výmenníkov tepla s integrovaným chladením, sú tradične pomerne zložité na montáž, s desiatkami plechových plášťov a stupňov (až stovky yardov kolien), ako aj s desiatkami prírub, armatúr, rozdeľovačov. opracované alebo odliate. To všetko je potrebné získať a zmontovať, čím sa ešte viac zvýši kolektívna produkcia uhlíka a znečistenie už len pri výrobe dielov a ich montáži.
Aditívna výroba umožňuje širokú škálu integrácie komponentov a celkového dizajnu, čo umožňuje významnú integráciu a zefektívnenie dodávateľského reťazca. Umožňuje tiež efektívne návrhy na prvom mieste, ktoré urýchľujú konečnú fázu a poskytujú väčší výkon v menšom prevedení.
Rozdeľovače (kvapalina, plyn a para)
Zachytávanie uhlíka je chemický proces, ktorý zahŕňa kombináciu kvapalín a plynov s chémiou, teplotou a tlakom. Rozdeľovače majú mnoho aplikácií pri zachytávaní uhlíka, od dodávania chemikálií do procesných komôr až po efektívnu distribúciu chladiva do aktívnych chladiacich komponentov, ako sú výmenníky tepla, a všeobecné aplikácie na distribúciu plynu. To, čo robí výrobu týchto dielov náročnou, nie je požiadavka na chemickú odolnosť alebo špeciálne materiály pre letecký priemysel, ale potreba udržiavať vyrovnávanie tlaku na mnohých odbočkách a dokonca prenášať tekutiny cez procesnú komoru. Efektívne rozvetvenie typu one-to-many a rovnomerný tok tekutín v spojení s priestorovými a montážnymi obmedzeniami sú geometrickým problémom, v ktorom má aditívna výroba jedinečné výhody a letecký a kozmický priemysel, obranný priemysel a polovodičový priemysel teraz prijímajú túto technológiu Široké prijatie je dôkazom .
Možnosť, že sa nám v budúcnosti bude ľahšie dýchať
Priame zachytávanie a rafinácia vzduchu sú kľúčové technológie na zlepšenie úrovne atmosférického uhlíka a aditívna výroba v súčasnosti výrazne zefektívňuje technológiu. V tejto súvislosti hlavný líder riešení spoločnosti 3D Systems povedal: "Systémy 3D a AirCapture prešli dlhú cestu vo svojej spolupráci využívaním aditívnej výroby na rýchle opakovanie a vytváranie produkovateľných komponentov. Vysokoúčinné geometrie aplikované na procesný zásobník a zvýšenie výmeny tepla zachytiť efektívnosť a zároveň znížiť tvarový faktor a pôdorys, vďaka čomu sa technológia jednoducho inštaluje a v konečnom dôsledku rozšíri. Veríme, že vďaka ďalšiemu prijatiu pokročilých výrobných techník a dizajnových nástrojov je ľahšie pochopiť, že klíma môže byť stále pohodlná a vhodná na bývanie aj pre budúce generácie."