Сега, повече от 20 години в 21-ви век, значението на справянето с изменението на климата нараства. Както е предложено от коалицията на ООН за нетно нула: Парижкото споразумение от 2050 г. подчертава необходимостта от значително намаляване на емисиите в рамките на едно десетилетие, за да се поддържа глобалното затопляне под 1,5 градуса и да се гарантира пригоден за живеене климат. За да постигнат това, производителите на тежка промишленост бързо изграждат бизнеси и инвестират много, докато технологичните стартиращи фирми създават нови решения. Въпреки инвестициите на индустриалните производители за решаване на проблема и създаването на нови решения от нови технологични компании, глобалната цел остава неизпълнена.
В основата на улавянето на въглерод са някои сравнително прости химични реакции. Всяка система за улавяне и регенериране на въглерод трябва да работи с изключителна ефективност, за да гарантира, че няма да изостря проблемите чрез потребление на високовъглеродни горива или отделяне на повече въглерод в атмосферата. С други думи, трябва да уловим възможно най-много въглерод, като същевременно използваме много по-малко въглерод за генериране на реакцията, отколкото е уловен. В идеалния случай целта е да се търгува нулев въглерод за неограничено възстановяване на въглерод като продукция.
За да се реши този проблем, е необходима въглеродно-отрицателна инфраструктура. Най-ефективният, ефективен и мащабируем начин за намаляване на емисиите на CO2 е използването на директно улавяне на въздух (DAC). Директното улавяне на въздуха е технология, която отделя въглеродния диоксид от въздуха за създаване на икономически необходими продукти - като селскостопански продукти, строителни материали, горива, пластмаси и химикали. DAC също позволяват поглъщане -- способността да се съхранява CO2 за конструктивни цели -- превръщайки го от заплаха във възможност.
Ползите от адитивното производство
Отстраняването на въглерода от атмосферата изисква система от филтри, топлообменници, кондензатори, газови сепаратори и компресори. Много от тези сложни части изискват геометрии, които са много подходящи за адитивно производство, което е по-ефективно и потенциално по-рентабилно от традиционните методи на производство и носи значителна производителност на DAC устройствата и икономически ползи:
Оптимизиране на дизайна за енергийна ефективност. Когато приложим възможностите за оптимизиране на дизайна на адитивното производство към тези системи за улавяне и оползотворяване на въглерод, имаме потенциала драстично да увеличим производителността и ефективността, доближавайки загубата на енергия.
Свобода на дизайна. Бързото производство на прототипи освобождава дизайна, за да изрази новите структури, необходими за ефективно улавяне и обработка на атмосферния въглерод и използването му, за да направи нещо полезно.
производителност. Може да произвежда серия от сплави с устойчивост на висока температура, устойчивост на корозия и висока топлопроводимост.
Разширяемост. Доставя се бързо с мащабируемо производство в подкрепа на голямото търсене на оборудване в областта.
Ефективност на веригата за доставки. Интеграцията на компонентите и цялостният дизайн позволяват рационализиране на качеството и веригата за доставки. Не можем да пренебрегнем въглеродния отпечатък от използването на множество доставчици в цялата страна за производството на един компонент.
Производството с добавки отговаря на всички изисквания за производство на такива реактори и позволява приложения, които отговарят на различни нужди за улавяне на въглерод.
Микро турбинно оборудване
Микротурбините са нововъзникваща технология в различни индустрии, включително производството на електроенергия. Те предлагат възможност за осигуряване на ефективно доставяне на газ и течност под високо налягане в малък форм-фактор с минимален енергиен/въглероден отпечатък. Ефективността на улавянето на въглерод е много подобна на тази на общото производство на електроенергия и е функция на производството и вложената енергия.
Високата производителност, надеждната компресия на въздуха и стабилността на системното налягане са от решаващо значение за функционирането на системите за улавяне на въглерод сега и, което е по-важно, в бъдеще. Тъй като промишлените системи за улавяне на въглерод се придвижват към по-комерсиални единици и разпределено производство и експлоатация, още по-критично е да се използва нова, компактна технология на турбината, за да се даде възможност за високоефективни операции в малък мащаб.
Mмеханичен филтър
Ключова част от улавянето на въглерода е първо да се "улови" въглеродът със структурирани механични филтри, обикновено покрити с въглерод-привличащи амини. Въздухът се вкарва в системата през първия етап, който е етапът на "директен въздушен контакт". Ефективността на филтър, който е в директен контакт с въздуха, може да се увеличи максимално чрез филтърна структура, която позволява максимален контакт между входящия въздух и повърхността на филтъра. Адитивното производство позволява функционален дизайн на този филтър, който може да предизвика високи нива на турбулентност и смесване, както и висока повърхностна площ за максимален въздушен контакт.
Hям обменник
Топлинните отпадъци са често срещан проблем при улавянето на въглерод. Въглеродът, уловен в първия етап на директен въздушен контакт, трябва да бъде евакуиран от механичния филтър към етапа на рафиниране надолу по веригата. В много изпълнения на технологията това се постига чрез освобождаване на въглерода от филтъра с пара под налягане. Топлообменниците могат да се използват за отстраняване на остатъчната топлина от процеса на генериране на пара и по-често надолу по веригата за намаляване на температурата на богатата на въглерод пара, напускаща етапа на филтъра. В допълнение, нови стратегии за топлообмен, съчетани с дестилация надолу по веригата и етапи на рафиниране, поддържат процеса при постоянна температура, за да поддържат химичните реакции и да произвеждат въглеродни продукти.
Плоча за дифузьор
Дифузерните плочи обикновено се използват в химическата обработка за вземане на обем газ или течност и смесването им. Флуидната дифузия работи като концепцията за светлинна колимация, която взема източник на светлина и организира енергията така, че светлината да се разпръсне в паралелни пътеки на лъча. Плочата на дифузера е много подобна на спринклерната глава на градинския маркуч, тя ще насочи хаотичната течност в структуриран равномерен поток. Пластините за дифузия на течности са важна част от технологичния пакет, за да осигурят равномерен поток и работа с богати на въглерод флуиди, докато протичат.
Производството на добавки позволява на дифузьорните плочи с голям обем да осигурят високоефективна дисперсия на течности, главно чрез сложността на дизайна на внедряване на форми на дифузьорни плочи, но също и форми на дюзи на дифузьор. Заимствайки концепции от дизайна на дюзите за гориво в космическата авиация и приложенията на спринклерите на основното полупроводниково оборудване, произведените с добавки дифузьорни плочи могат да бъдат произведени 20 пъти по-бързо от чистата машинна обработка.
Охладители и дестилатори
Продуктът, богат на въглерод, излизащ от етапа на филтриране, може да се счита за "мръсен" и изисква допълнителна обработка, преди да може да бъде използван. Тази преработка на мръсен въглерод може да се извърши извън самостоятелна система, но това означава, че се генерира повече въглерод по време на логистиката на събиране и транспортиране на мръсни въглеродни продукти до съоръжения за вторична преработка. Най-ценните и обещаващи системи за улавяне на въглерод имат известна степен на интегрирана преработка на мръсен въглероден продукт, така че изходът от системата за улавяне на въглерод включва чисти използваеми въглеродни продукти и безопасни странични продукти на водна основа.
Рафинерийните кули, включително дестилатори и топлообменници с интегрирано охлаждане, традиционно са сравнително сложни за сглобяване, с десетки ламаринени корпуси и етапи (до стотици ярда колена), както и десетки фланци, фитинги, колектори, които могат да бъдат машинно обработени или отлети. Всичко това трябва да бъде набавено и сглобено, което допълнително увеличава колективния въглероден добив и замърсяването само от производството на частите и сглобяването им.
Адитивното производство позволява широка гама от интегриране на компоненти и цялостен дизайн, което позволява значителна интеграция и рационализиране на веригата за доставки. Той също така позволява функционални, ефективни дизайни, които ускоряват довършителния етап и осигуряват повече резултати в по-малък форм-фактор.
Колектори (течност, газ и пара)
Улавянето на въглерод е химичен процес, който включва комбинация от течности и газове с химия, температура и налягане. Колекторите имат много приложения в улавянето на въглерод, от доставяне на химикали до камери за обработка, до ефективно разпределение на охлаждащата течност до активни охлаждащи компоненти като топлообменници и общи приложения за разпределение на газ. Това, което прави производството на тези части предизвикателство, не е изискването за химическа устойчивост или специални материали от аерокосмически клас, а необходимостта да се поддържа изравняване на налягането в многото разклонителни линии и дори да се прехвърлят течности през процесната камера. Ефективното разклоняване "един към много" и равномерният флуиден поток, съчетан с ограниченията на пространството и сглобяването, е геометричен проблем, при който адитивното производство има уникални предимства, а аерокосмическата, отбранителната и полупроводниковата промишленост вече възприемат технологията. Широкото приемане е доказателство .
Възможността да дишаме по-лесно в бъдеще
Директното улавяне и рафиниране на въздуха са ключови технологии за подобряване на нивата на въглерод в атмосферата, а производството на добавки в момента прави технологията значително по-ефективна. В това отношение, главният ръководител на решенията на 3D Systems каза: „3D Systems и AirCapture изминаха дълъг път в сътрудничеството си, като използват адитивното производство за бързо итериране и създаване на производителни компоненти. Високоефективни геометрии, приложени към стека на процеса и увеличаване на топлообмена улавяне на ефективност, като същевременно намалява форм фактора и отпечатъка, което прави технологията лесна за инсталиране и в крайна сметка разширяване. С по-нататъшното приемане на усъвършенствани производствени техники и инструменти за проектиране, ние вярваме, че е по-лесно да се разбере, че климатът все още може да бъде удобен и годен за живеене за бъдещите поколения."