Most, több mint 20 évvel a 21. században, az éghajlatváltozás elleni küzdelem fontossága felgyorsul. Az ENSZ Net Zero Coalition javaslata szerint: A 2050-es Párizsi Megállapodás rávilágít arra, hogy egy évtizeden belül jelentős kibocsátáscsökkentésre van szükség ahhoz, hogy a globális felmelegedést 1,5 fok alatt tartsák, és az élhető éghajlatot garantálják. Ennek elérése érdekében a nehézipari gyártók gyorsan üzletet építenek és jelentős beruházásokat hajtanak végre, míg a tech startupok új megoldásokat hoznak létre. Annak ellenére, hogy az ipari gyártók befektetéseket hajtottak végre a probléma megoldására, és az új technológiai vállalatok új megoldásokat hoztak létre, a globális cél továbbra sem teljesült.
A szén-dioxid-leválasztás középpontjában néhány viszonylag egyszerű kémiai reakció áll. Minden szénleválasztó és regeneráló rendszernek rendkívüli hatékonysággal kell működnie annak biztosítása érdekében, hogy ne súlyosbítsa a problémákat azáltal, hogy nagy szén-dioxid-kibocsátású tüzelőanyagokat fogyaszt, vagy több szén-dioxidot bocsát ki a légkörbe. Más szavakkal, a lehető legtöbb szenet kell megkötnünk, miközben sokkal kevesebb szenet használunk fel a reakció létrehozásához, mint amennyit befogunk. Ideális esetben a cél az, hogy a nulla szén-dioxid-kibocsátást korlátlan szén-visszanyerésre cseréljék kibocsátásként.
A probléma megoldásához szén-negatív infrastruktúrára van szükség. A CO2-kibocsátás csökkentésének leghatékonyabb, legeredményesebb és skálázható módja a közvetlen levegőelfogás (DAC) alkalmazása. A közvetlen légbefogás egy olyan technológia, amely elválasztja a szén-dioxidot a levegőtől, hogy gazdaságilag szükséges termékeket hozzanak létre – például mezőgazdasági termékeket, építőanyagokat, üzemanyagokat, műanyagokat és vegyi anyagokat. A DAC-k lehetővé teszik a lekötést is -- a CO2 építő célú tárolásának képességét, -- így azt fenyegetésből lehetőséggé változtatják.
Az additív gyártás előnyei
A szén légkörből való eltávolításához szűrőkből, hőcserélőkből, kondenzátorokból, gázleválasztókból és kompresszorokból álló rendszerre van szükség. Ezen összetett alkatrészek közül sok olyan geometriát igényel, amely jól illeszkedik az additív gyártáshoz, ami hatékonyabb és potenciálisan költséghatékonyabb, mint a hagyományos gyártási módszerek, és jelentős teljesítményt és gazdasági előnyöket biztosít a DAC-eszközök számára:
Tervezésoptimalizálás az energiahatékonyság érdekében. Ha az additív gyártás tervezési optimalizálási lehetőségeit alkalmazzuk ezekre a szénleválasztó és -felhasználó rendszerekre, lehetőségünk nyílik a teljesítmény és a hatékonyság drámai növelésére, közel az energiaveszteséghez.
Tervezési szabadság. A gyors prototípusgyártás szabaddá teszi a terveket, hogy kifejezzék azokat az újszerű struktúrákat, amelyek szükségesek a légköri szén hatékony megkötéséhez és feldolgozásához, valamint hasznos célokra.
teljesítmény. Egy sor ötvözetet képes előállítani, magas hőmérséklet-állósággal, korrózióállósággal és magas hővezető képességgel.
Nyújthatóság. Gyorsan szállítjuk, méretezhető gyártással, hogy támogassuk a területen a berendezések iránti nagy keresletet.
Az ellátási lánc hatékonysága. Az alkatrészek integrációja és az átfogó tervezés lehetővé teszi a minőség és az ellátási lánc ésszerűsítését. Nem hagyhatjuk figyelmen kívül azt a szénlábnyomot, hogy országszerte több beszállítót használunk egyetlen alkatrész előállításához.
Az additív gyártás megfelel az ilyen reaktorok gyártásával szemben támasztott összes követelménynek, és lehetővé teszi a szén-dioxid-leválasztás különféle igényeit kielégítő alkalmazásokat.
Mikroturbinás berendezések
A mikroturbinák feltörekvő technológia a különböző iparágakban, beleértve az energiatermelést is. Lehetőséget kínálnak arra, hogy nagy nyomású, hatékony gáz- és folyadékszállítást biztosítsanak kis méretben, minimális energia/karbon lábnyom mellett. A szén-dioxid-leválasztás hatékonysága nagyon hasonló az általános villamosenergia-termeléséhez, és a termelés és az energiabevitel függvénye.
A nagy teljesítmény, a megbízható légsűrítés és a rendszer nyomásstabilitása kritikus fontosságú a szén-dioxid-leválasztó rendszerek működése szempontjából most, és ami még fontosabb, a jövőben is. Ahogy az ipari szén-dioxid-leválasztó rendszerek egyre több kereskedelmi egység, valamint elosztott termelés és üzemeltetés felé haladnak, még kritikusabb az új, kompakt turbinatechnológia alkalmazása a nagy hatékonyságú, kis léptékű műveletek lehetővé tétele érdekében.
Mmechanikus szűrő
A szénleválasztás kulcsfontosságú része, hogy először a szenet "befogják" strukturált mechanikus szűrőkkel, amelyek általában szénvonzó aminokkal vannak bevonva. A levegő beszívása a rendszerbe az első szakaszon keresztül történik, amely a "közvetlen levegőkontaktus" szakasz. A levegővel közvetlenül érintkező szűrő hatékonysága maximalizálható egy olyan szűrőszerkezettel, amely maximális érintkezést tesz lehetővé a beáramló levegő és a szűrőfelület között. Az additív gyártás lehetővé teszi ennek a szűrőnek a funkció-első kialakítását, amely nagyfokú turbulenciát és keveredést válthat ki, valamint nagy felületet biztosít a maximális levegőkontaktus érdekében.
Heszik hőcserélő
A hőpazarlás gyakori probléma a szén-dioxid-leválasztásban. Az első közvetlen levegőkontaktusban felfogott szenet a mechanikus szűrőből a későbbi finomítási fokozatba kell kiüríteni. A technológia számos kiviteli alakjában ezt úgy érik el, hogy a szenet nyomás alatti gőzzel engedik ki a szűrőből. Hőcserélők használhatók a gőzfejlesztési folyamatból származó maradékhő eltávolítására, és gyakrabban az áramlás irányában, hogy csökkentsék a szűrőfokozatból kilépő szénben gazdag gőz hőmérsékletét. Ezen túlmenően az új hőcsere-stratégiák a lepárlással és a finomítási lépésekkel kombinálva állandó hőmérsékleten tartják a folyamatot a kémiai reakciók fenntartása és a kibocsátott széntermékek előállítása érdekében.
Diffúzor lemez
A diffúzor lemezeket általában vegyi feldolgozásban használják, hogy vegyenek egy térfogatnyi gázt vagy folyadékot és keverjék össze. A folyadék diffúzió úgy működik, mint a fénykollimáció koncepciója, amely fényforrást vesz fel, és úgy szervezi az energiát, hogy a fény párhuzamos sugárpályákon diffundáljon ki. A diffúzor lemez nagyon hasonlít a kerti tömlő locsolófejére, a kaotikus folyadékot strukturált egyenletes áramlásba áramoltatja. A folyadékdiffúziós lemezek fontos részét képezik a folyamatsornak, hogy biztosítsák a szénben gazdag folyadékok egyenletes áramlását és kezelését, miközben átfolynak.
Az additív gyártás lehetővé teszi, hogy a nagy térfogatú diffúzorlemezek nagy hatékonyságú folyadék diszperziót biztosítsanak, elsősorban a diffúzor lemezformák megvalósításának tervezési összetettsége révén, de a diffúzor fúvókaformák is. A repülőgép-üzemanyag-fúvókák tervezéséből és a félvezető tőkeberendezések sprinkler-alkalmazásaiból származó koncepciókat kölcsönözve az additív gyártású diffúzorlemezek 20-szor gyorsabban állíthatók elő, mint a tiszta megmunkálás.
Hűtők és állóképek
A szűrési szakaszból kikerülő szénben gazdag termék „piszkosnak” tekinthető, és további feldolgozást igényel, mielőtt felhasználható lenne. Ez a piszkos szén-újrafeldolgozás elvégezhető egy önálló rendszeren kívül is, de ez azt jelenti, hogy több szén keletkezik a piszkos széntermékek begyűjtése és másodlagos újrafeldolgozó létesítményekbe történő szállítása során. A legértékesebb és legígéretesebb szén-dioxid-leválasztó rendszerek bizonyos fokú integrált szennyezett széntermék-újrafeldolgozással rendelkeznek, így a szén-dioxid-leválasztó rendszer eredménye tiszta, használható széntermékeket és biztonságos vízalapú melléktermékeket tartalmaz.
A finomítói tornyok, ideértve az integrált hűtéssel rendelkező leállítókat és hőcserélőket, hagyományosan viszonylag bonyolult összeszerelésűek, több tucat fémlemez héjjal és lépcsővel (akár több száz yardnyi könyök), valamint több tucat karimával, szerelvényekkel, elosztókkal. megmunkálva vagy öntve. Mindezt be kell szerezni és össze kell szerelni, tovább növelve a kollektív szén-dioxid-kibocsátást és az alkatrészek gyártásából és összeszereléséből származó szennyezést.
Az additív gyártás az alkatrészintegráció és az átfogó tervezés széles skáláját teszi lehetővé, ami lehetővé teszi az ellátási lánc jelentős integrációját és racionalizálását. Lehetővé teszi a funkció-első, hatékony kialakításokat is, amelyek felgyorsítják a befejező szakaszt, és nagyobb teljesítményt biztosítanak kisebb méretben.
Elosztók (folyadék, gáz és gőz)
A szén-dioxid-leválasztás egy kémiai folyamat, amely során folyadékok és gázok vegyülnek a kémiával, a hőmérséklettel és a nyomással. Az elosztóknak számos felhasználási területe van a szén-dioxid-leválasztásban, a vegyi anyagok folyamatkamrákba való szállításától, a hűtőfolyadék hatékony elosztásán át az aktív hűtőelemekig, például a hőcserélőkig, és az általános gázelosztó alkalmazásokig. Ezeknek az alkatrészeknek a gyártását nem a vegyszerállóság vagy a speciális repüléstechnikai anyagok követelménye teszi kihívássá, hanem az, hogy fenn kell tartani a nyomáskiegyenlítést a számos elágazó vezetéken, és még a folyadékokat is át kell vinni a folyamatkamrán. A hatékony egy-a-többhöz elágazás és az egyenletes folyadékáramlás tér- és összeszerelési korlátokkal párosulva olyan geometriai probléma, ahol az additív gyártás egyedülálló előnyökkel jár, és a repülőgépipar, a védelmi és a félvezetőipar most alkalmazza a technológiát. A széles körű elterjedtség bizonyíték .
Annak lehetősége, hogy a jövőben könnyebben lélegezzünk
A közvetlen levegő befogása és finomítása kulcsfontosságú technológia a légköri szén-dioxid-szint javításában, és az additív gyártás jelenleg jelentősen hatékonyabbá teszi a technológiát. Ezzel kapcsolatban a 3D Systems fő megoldásainak vezetője a következőket mondta: "A 3D Systems és az AirCapture hosszú utat tett meg együttműködésükben az additív gyártás kihasználásával a gyors iteráció és a gyártható alkatrészek létrehozása érdekében. A folyamatkötegben alkalmazott nagy hatékonyságú geometriák és a hőcsere fokozódik a rögzítési hatékonyságot, miközben csökkenti az alaktényezőt és a lábnyomot, így a technológia könnyen telepíthető és végül bővíthető. A fejlett gyártási technikák és tervezési eszközök további elfogadásával úgy gondoljuk, könnyebb megérteni, hogy az éghajlat továbbra is kényelmes és élhető lehet a jövő generációi számára."