Nyt, yli 20 vuotta 2000-luvulla, ilmastonmuutoksen torjunnan merkitys kiihtyy. YK:n Net Zero Coalitionin ehdotuksen mukaan: Vuoden 2050 Pariisin sopimuksessa korostetaan tarvetta vähentää merkittäviä päästöjä vuosikymmenen sisällä, jotta ilmaston lämpeneminen pysyy alle 1,5 asteessa ja taataan elävä ilmasto. Tämän saavuttamiseksi raskaan teollisuuden valmistajat rakentavat nopeasti yrityksiä ja investoivat voimakkaasti, kun taas teknologia-startupit luovat uusia ratkaisuja. Huolimatta teollisten valmistajien panostuksista ongelman ratkaisemiseen ja uusien teknologiayritysten uusien ratkaisujen luomiseen, globaali tavoite on edelleen saavuttamatta.
Hiilen talteenoton ytimessä on joitain suhteellisen yksinkertaisia kemiallisia reaktioita. Kaikkien hiilen talteenotto- ja regenerointijärjestelmien on toimittava äärimmäisen tehokkaasti sen varmistamiseksi, että ne eivät pahenna ongelmia kuluttamalla runsaasti hiilidioksidia sisältäviä polttoaineita tai päästämällä enemmän hiiltä ilmakehään. Toisin sanoen meidän on otettava talteen mahdollisimman paljon hiiltä samalla kun käytämme paljon vähemmän hiiltä reaktion synnyttämiseen kuin mitä talteen. Ihannetapauksessa tavoitteena on vaihtaa nollahiilisyötöstä rajattomaan hiilen talteenottoon.
Tämän ongelman ratkaisemiseksi tarvitaan hiilinegatiivista infrastruktuuria. Tehokkain, tehokkain ja skaalautuvin tapa vähentää hiilidioksidipäästöjä on käyttää suoraa ilmaa (DAC). Suora ilman talteenotto on tekniikka, joka erottaa hiilidioksidin ilmasta ja tuottaa taloudellisesti tarvittavia tuotteita - kuten maataloustuotteita, rakennusmateriaaleja, polttoaineita, muoveja ja kemikaaleja. DAC:t mahdollistavat myös sitomisen -- kyvyn varastoida hiilidioksidia rakentaviin tarkoituksiin -- muuttaen sen uhkasta mahdollisuudeksi.
Lisäainevalmistuksen edut
Hiilen poistaminen ilmakehästä edellyttää suodattimia, lämmönvaihtimia, lauhduttimia, kaasunerottimia ja kompressoreita. Monet näistä monimutkaisista osista vaativat geometrioita, jotka sopivat hyvin additiovalmistukseen, mikä on tehokkaampaa ja mahdollisesti kustannustehokkaampaa kuin perinteiset valmistusmenetelmät ja tuo DAC-laitteille huomattavan suorituskyvyn ja taloudellisia etuja:
Suunnittelun optimointi energiatehokkuutta varten. Kun sovellamme lisäainevalmistuksen suunnittelun optimointivalmiuksia näihin hiilidioksidin talteenotto- ja hyödyntämisjärjestelmiin, meillä on potentiaalia parantaa dramaattisesti suorituskykyä ja tehokkuutta, jolloin energiahävikki lähestyy.
Suunnittelun vapaus. Nopea prototyyppivalmistus vapauttaa suunnitelmia ilmaistakseen uusia rakenteita, joita tarvitaan ilmakehän hiilen tehokkaaseen talteenottoon ja prosessoimiseen ja sen käyttämiseen johonkin hyödylliseen.
esitys. Se voi tuottaa sarjan seoksia, joilla on korkean lämpötilan kestävyys, korroosionkestävyys ja korkea lämmönjohtavuus.
Laajennettavuus. Toimitetaan nopeasti skaalautuvalla valmistuksella tukemaan alan suurta laitteiden kysyntää.
Toimitusketjun tehokkuus. Komponenttien integrointi ja kokonaissuunnittelu mahdollistavat laadun ja toimitusketjun virtaviivaistamisen. Emme voi sivuuttaa hiilijalanjälkeä, joka aiheutuu useiden toimittajien käyttämisestä eri puolilla maata yhden komponentin valmistukseen.
Lisäainevalmistus täyttää kaikki tällaisten reaktorien tuotannon vaatimukset ja mahdollistaa sovellukset, jotka vastaavat erilaisiin hiilidioksidin talteenoton tarpeisiin.
Mikroturbiinilaitteet
Mikroturbiinit ovat nouseva teknologia useilla teollisuudenaloilla, mukaan lukien sähköntuotannossa. Ne tarjoavat mahdollisuuden tarjota korkeapaineista, tehokasta kaasun ja nesteen toimitusta pienessä muodossa minimaalisella energia-/hiilijalanjäljellä. Hiilidioksidin talteenoton hyötysuhde on hyvin samanlainen kuin yleisen sähköntuotannon tehokkuus, ja se on tuotannon ja energiapanoksen funktio.
Korkea suorituskyky, luotettava ilmanpuristus ja järjestelmän paineen vakaus ovat tärkeitä hiilidioksidin talteenottojärjestelmien toiminnalle nyt ja, mikä tärkeintä, tulevaisuudessa. Teollisuuden hiilidioksidin talteenottojärjestelmien siirtyessä kohti enemmän kaupallisia yksiköitä ja hajautettua tuotantoa ja käyttöä, on entistä kriittisempaa hyödyntää uutta, kompaktia turbiiniteknologiaa tehokkaan ja pienimuotoisen toiminnan mahdollistamiseksi.
Mmekaaninen suodatin
Keskeinen osa hiilen talteenottoa on ensin "kaapata" hiili strukturoiduilla mekaanisilla suodattimilla, jotka on yleensä päällystetty hiiltä houkuttelevilla amiineilla. Ilma imetään järjestelmään ensimmäisen vaiheen kautta, joka on "suora ilmakontakti" -vaihe. Suoraan ilmaan koskettavan suodattimen tehokkuus voidaan maksimoida suodatinrakenteella, joka mahdollistaa maksimaalisen kosketuksen tulevan ilman ja suodattimen pinnan välillä. Additiivinen valmistus mahdollistaa tämän suodattimen toiminnallisen suunnittelun, joka voi aiheuttaa suuren turbulenssin ja sekoittumisen sekä suuren pinta-alan maksimaalisen ilmankosketuksen saavuttamiseksi.
Hsyö vaihtaja
Lämpöhävikki on yleinen ongelma hiilen talteenotossa. Ensimmäisessä suorassa ilmankosketusvaiheessa kerätty hiili on poistettava mekaanisesta suodattimesta myöhempään raffinointivaiheeseen. Useissa tekniikan suoritusmuodoissa tämä saadaan aikaan vapauttamalla hiiltä suodattimesta paineistetun höyryn avulla. Lämmönvaihtimia voidaan käyttää poistamaan jäännöslämpöä höyryntuotantoprosessista ja yleisemmin myötävirtaan alentamaan suodatinvaiheesta lähtevän hiilipitoisen höyryn lämpötilaa. Lisäksi uudet lämmönvaihtostrategiat yhdistettynä alavirran tislaus- ja jalostusvaiheisiin pitävät prosessin vakiolämpötilassa kemiallisten reaktioiden ylläpitämiseksi ja hiilituotteiden tuottamiseksi.
Hajotinlevy
Diffuusorilevyjä käytetään yleisesti kemiallisessa käsittelyssä kaasun tai nesteen ottamiseksi ja sekoittamiseksi. Nesteen diffuusio toimii kuten valokollimaatio, joka ottaa valonlähteen ja organisoi energian siten, että valo leviää rinnakkain. Hajotinlevy on hyvin samanlainen kuin puutarhaletkun sprinkleripää, se virtaa kaoottisen nesteen rakenteelliseen tasaiseen virtaukseen. Nestediffuusiolevyt ovat tärkeä osa prosessipinoa varmistamaan tasaisen virtauksen ja hiilipitoisten nesteiden käsittelyn niiden virtauksen aikana.
Additiivinen valmistus mahdollistaa suurivolyymien diffuusorilevyjen tehokkaan nestedispersion, pääasiassa diffuusorilevymuotojen, mutta myös diffuusorisuutinmuotojen toteuttamisen suunnittelun monimutkaisuuden ansiosta. Lainattaessa konsepteja ilmailu- ja avaruuspolttoainesuuttimien suunnittelusta ja puolijohdepääomalaitteiden sprinklerisovelluksista, additiivinen valmistetut diffuusorilevyt voidaan valmistaa 20 kertaa nopeammin kuin pelkkä koneistus.
Jäähdyttimet ja pysäytyskuvat
Suodatusvaiheesta poistuvaa hiiltä sisältävää tuotetta voidaan pitää "likaisena" ja se vaatii jatkokäsittelyä ennen kuin sitä voidaan käyttää. Tämä likaisen hiilen jälleenkäsittely voidaan tehdä erillisen järjestelmän ulkopuolella, mutta se tarkoittaa, että enemmän hiiltä syntyy logistiikan aikana, kun likaiset hiilituotteet kerätään ja kuljetetaan toissijaisiin jälleenkäsittelylaitoksiin. Arvokkaimmissa ja lupaavimmissa hiilidioksidin talteenottojärjestelmissä on jossain määrin integroitu likaisen hiilen tuotteiden jälleenkäsittely siten, että hiilidioksidin talteenottojärjestelmän tuotos sisältää puhtaita käyttökelpoisia hiilituotteita ja turvallisia vesipohjaisia sivutuotteita.
Jalostamotornit, mukaan lukien pysäyttimet ja lämmönvaihtimet, joissa on integroitu jäähdytys, ovat perinteisesti suhteellisen monimutkaisia koota, ja niissä on kymmeniä ohutlevykuoria ja -asteita (jopa satoja jaardeja kulmia) sekä kymmeniä laippoja, liittimiä, jakotukia. koneistettu tai valettu. Kaikki tämä on hankittava ja koottava, mikä lisää edelleen yhteistä hiilituotantoa ja saastumista pelkästä osien valmistamisesta ja kokoamisesta.
Additiivinen valmistus mahdollistaa laajan komponenttien integroinnin ja kokonaissuunnittelun, mikä mahdollistaa merkittävän integroinnin ja toimitusketjun virtaviivaistamisen. Se mahdollistaa myös toiminnalliset, tehokkaat mallit, jotka nopeuttavat viimeistelyvaihetta ja tuottavat enemmän tehoa pienemmässä muodossa.
Jakotukit (neste, kaasu ja höyry)
Hiilen talteenotto on kemiallinen prosessi, jossa nesteitä ja kaasuja yhdistetään kemian, lämpötilan ja paineen kanssa. Jakotukilla on monia sovelluksia hiilen talteenotossa kemikaalien toimittamisesta prosessikammioihin, jäähdytysnesteen tehokkaaseen jakamiseen aktiivisiin jäähdytyskomponentteihin, kuten lämmönvaihtimiin, ja yleisiin kaasunjakeluihin. Näiden osien valmistuksen haastavaa ei tee vaatimus kemikaalinkestävyydestä tai erityisistä ilmailu- ja avaruuskäyttöön soveltuvista materiaaleista, vaan tarve ylläpitää paineen tasaisuutta useilla haaralinjoilla ja jopa siirtää nesteitä prosessikammion läpi. Tehokas yksi-moneen haarautuminen ja tasainen nestevirtaus yhdistettynä tila- ja kokoonpanorajoituksiin on geometrinen ongelma, jossa additiivinen valmistus tarjoaa ainutlaatuisia etuja, ja ilmailu-, puolustus- ja puolijohdeteollisuus ottavat nyt teknologian käyttöön. Laaja käyttöönotto on todiste .
Mahdollisuus, että voimme hengittää helpommin tulevaisuudessa
Suora ilman talteenotto ja jalostus ovat avainteknologioita ilmakehän hiilipitoisuuden parantamiseksi, ja lisäainevalmistus tehostaa tällä hetkellä tekniikkaa merkittävästi. Tältä osin 3D Systemsin pääratkaisujen johtaja sanoi: "3D Systems ja AirCapture ovat edenneet pitkälle yhteistyössään hyödyntämällä lisätuotantoa nopean iteroinnin ja tuottavien komponenttien luomiseksi. Prosessipinoon ja lämmönvaihtoon sovellettavat tehokkaat geometriat lisäävät kaapata tehokkuutta vähentäen samalla muotokerrointa ja jalanjälkeä, jolloin tekniikka on helppo asentaa ja lopulta laajentaa. Edistyneiden valmistustekniikoiden ja suunnittelutyökalujen käyttöönoton myötä uskomme, että on helpompi ymmärtää, että ilmasto voi silti olla mukava ja elämiskelpoinen tuleville sukupolville."