Zdaj, več kot 20 let v 21. stoletju, je pomen boja proti podnebnim spremembam vse večji. Kot je predlagala koalicija ZN Net Zero: Pariški sporazum iz leta 2050 poudarja potrebo po znatnem zmanjšanju emisij v enem desetletju, da bi ohranili globalno segrevanje pod 1,5 stopinje in zagotovili podnebje, primerno za življenje. Da bi to dosegli, proizvajalci težke industrije hitro gradijo podjetja in veliko vlagajo, medtem ko tehnološka zagonska podjetja ustvarjajo nove rešitve. Kljub naložbam industrijskih proizvajalcev v rešitev problema in ustvarjanju novih rešitev s strani novih tehnoloških podjetij ostaja globalni cilj neizpolnjen.
V središču zajemanja ogljika je nekaj relativno preprostih kemičnih reakcij. Vsak sistem za zajemanje in regeneracijo ogljika mora delovati z izjemno učinkovitostjo, da zagotovi, da ne poslabša težav s porabo goriv z visoko vsebnostjo ogljika ali izpuščanjem več ogljika v ozračje. Z drugimi besedami, zajeti moramo čim več ogljika, medtem ko za ustvarjanje reakcije porabimo veliko manj ogljika, kot ga zajamemo. V idealnem primeru je cilj zamenjati ničelni vnos ogljika za neomejeno predelavo ogljika kot proizvodnjo.
Za rešitev tega problema je potrebna ogljično negativna infrastruktura. Najučinkovitejši, učinkovit in razširljiv način za pomoč pri zmanjševanju emisij CO2 je uporaba neposrednega zajemanja zraka (DAC). Neposredno zajemanje zraka je tehnologija, ki ločuje ogljikov dioksid iz zraka za ustvarjanje ekonomsko potrebnih proizvodov - kot so kmetijski proizvodi, gradbeni materiali, goriva, plastika in kemikalije. DAC-ji prav tako omogočajo sekvestracijo -- zmožnost shranjevanja CO2 za konstruktivne namene -- in ga spremenijo iz grožnje v priložnost.
Prednosti aditivne proizvodnje
Odstranjevanje ogljika iz ozračja zahteva sistem filtrov, toplotnih izmenjevalcev, kondenzatorjev, plinskih separatorjev in kompresorjev. Številni od teh zapletenih delov zahtevajo geometrije, ki so zelo primerne za aditivno proizvodnjo, ki je učinkovitejša in potencialno stroškovno učinkovitejša od tradicionalnih proizvodnih metod ter prinaša znatno zmogljivost napravam DAC in gospodarske koristi:
Optimizacija zasnove za energetsko učinkovitost. Ko uporabimo zmožnosti optimizacije zasnove aditivne proizvodnje za te sisteme za zajemanje in uporabo ogljika, imamo potencial dramatično povečati zmogljivost in učinkovitost ter se približati izgubi energije.
Svoboda oblikovanja. Hitra izdelava prototipov osvobaja dizajne za izražanje novih struktur, potrebnih za učinkovito zajemanje in predelavo atmosferskega ogljika ter njegovo uporabo za nekaj koristnega.
izvedba. Lahko proizvede vrsto zlitin z visoko temperaturno odpornostjo, odpornostjo proti koroziji in visoko toplotno prevodnostjo.
Razširljivost. Hitro dostavljeno s prilagodljivo proizvodnjo za podporo velikemu povpraševanju po opremi na terenu.
Učinkovitost dobavne verige. Integracija komponent in celotna zasnova omogočata racionalizacijo kakovosti in dobavne verige. Ne moremo zanemariti ogljičnega odtisa uporabe več dobaviteljev po vsej državi za proizvodnjo ene komponente.
Aditivna proizvodnja izpolnjuje vse zahteve za proizvodnjo takih reaktorjev in omogoča aplikacije, ki obravnavajo različne potrebe po zajemanju ogljika.
Mikroturbinska oprema
Mikroturbine so tehnologija v vzponu v različnih panogah, vključno s proizvodnjo električne energije. Ponujajo možnost zagotavljanja visokotlačne, učinkovite dostave plina in tekočine v majhni obliki z minimalnim energetskim/ogljičnim odtisom. Učinkovitost zajemanja ogljika je zelo podobna učinkovitosti splošne proizvodnje električne energije in je odvisna od proizvodnje in vložene energije.
Visoka zmogljivost, zanesljiva kompresija zraka in stabilnost sistemskega tlaka so ključnega pomena za delovanje sistemov za zajemanje ogljika zdaj in, kar je še pomembneje, v prihodnosti. Ker se industrijski sistemi za zajemanje ogljika usmerjajo k bolj komercialnim enotam ter porazdeljeni proizvodnji in delovanju, je uporaba nove, kompaktne turbinske tehnologije še bolj pomembna za omogočanje visoko učinkovitih operacij v majhnem obsegu.
Mmehanski filter
Ključni del zajemanja ogljika je, da se ogljik najprej "ujame" s strukturiranimi mehanskimi filtri, običajno prevlečenimi z amini, ki pritegnejo ogljik. Zrak se vsesa v sistem skozi prvo stopnjo, ki je stopnja "direktnega stika z zrakom". Učinkovitost filtra, ki je v neposrednem stiku z zrakom, je mogoče povečati s strukturo filtra, ki omogoča največji stik med vstopnim zrakom in površino filtra. Aditivna proizvodnja omogoča zasnovo tega filtra, ki je na prvem mestu funkcija, ki lahko povzroči visoko stopnjo turbulence in mešanja, kot tudi veliko površino za največji stik z zrakom.
Hjesti menjalnik
Izguba toplote je pogost problem pri zajemanju ogljika. Ogljik, zajet v prvi stopnji neposrednega stika z zrakom, je treba evakuirati iz mehanskega filtra v nadaljnjo stopnjo rafiniranja. V mnogih izvedbah tehnologije se to doseže s sproščanjem ogljika iz filtra s paro pod pritiskom. Toplotni izmenjevalniki se lahko uporabljajo za odstranjevanje preostale toplote iz procesa proizvodnje pare in pogosteje navzdol za znižanje temperature z ogljikom bogate pare, ki zapusti stopnjo filtra. Poleg tega nove strategije izmenjave toplote v kombinaciji z nadaljnjo destilacijo in koraki rafiniranja ohranjajo proces pri konstantni temperaturi za vzdrževanje kemičnih reakcij in proizvodnjo produktov ogljika.
Plošča difuzorja
Difuzorske plošče se običajno uporabljajo pri kemični obdelavi za zajemanje volumna plina ali tekočine in mešanje. Difuzija tekočine deluje kot koncept svetlobne kolimacije, ki vzame vir svetlobe in organizira energijo tako, da se svetloba razprši po vzporednih poteh žarka. Plošča difuzorja je zelo podobna brizgalni glavi vrtne cevi, pretaka kaotično tekočino v strukturiran enoten tok. Tekočinske difuzijske plošče so pomemben del procesnega sklada za zagotavljanje enakomernega pretoka in ravnanja z ogljikom bogatimi tekočinami, ko te tečejo skozi.
Aditivna proizvodnja omogoča, da difuzorske plošče velikega volumna zagotavljajo visoko učinkovito disperzijo tekočine, predvsem s kompleksnostjo zasnove izvajanja oblik difuzorskih plošč, pa tudi oblik šob difuzorja. Z izposojo konceptov iz zasnove šob za gorivo v vesolju in aplikacij brizgalk polprevodniške osnovne opreme je mogoče aditivno izdelane plošče difuzorja izdelati 20-krat hitreje kot čisto strojno obdelavo.
Hladilniki in destilatorji
Produkt, bogat z ogljikom, ki prihaja iz stopnje filtracije, se lahko šteje za "umazan" in zahteva nadaljnjo obdelavo, preden se lahko uporabi. To predelavo umazanega ogljika je mogoče izvesti izven samostojnega sistema, vendar to pomeni, da se več ogljika ustvari med logistiko zbiranja in transporta umazanih ogljikovih produktov v obrate za sekundarno predelavo. Najbolj dragoceni in obetavni sistemi za zajemanje ogljika imajo določeno stopnjo integrirane ponovne predelave produkta umazanega ogljika, tako da proizvodnja sistema za zajemanje ogljika vključuje čiste uporabne produkte ogljika in varne stranske produkte na osnovi vode.
Stolpi za rafinerije, vključno z destilatorji in toplotnimi izmenjevalniki z integriranim hlajenjem, so običajno razmeroma zapleteni za sestavljanje, saj je lahko na desetine pločevinastih lupin in stopenj (do sto jardov komolcev), pa tudi na desetine prirobnic, fitingov, razdelilnikov. obdelan ali ulit. Vse to je treba pridobiti in sestaviti, s čimer se dodatno poveča skupni izpust ogljika in onesnaževanje zaradi same izdelave delov in njihovega sestavljanja.
Aditivna proizvodnja omogoča širok razpon integracije komponent in celotne zasnove, kar omogoča znatno integracijo in racionalizacijo dobavne verige. Omogoča tudi učinkovite zasnove, ki so na prvem mestu funkcije, ki pospešijo zaključno fazo in zagotavljajo več proizvodnje v manjši obliki.
Razdelilniki (tekočina, plin in para)
Zajem ogljika je kemični proces, ki vključuje kombinacijo tekočin in plinov s kemijo, temperaturo in tlakom. Razdelilniki imajo veliko aplikacij pri zajemanju ogljika, od dovajanja kemikalij v procesne komore do učinkovite distribucije hladilne tekočine do aktivnih hladilnih komponent, kot so izmenjevalniki toplote, in splošnih aplikacij za distribucijo plina. Proizvodnja teh delov ni zahtevna zaradi zahteve po kemični odpornosti ali posebnih materialov za vesoljsko uporabo, temveč zaradi potrebe po vzdrževanju izenačevanja tlaka na številnih odcepih in celo prenosu tekočin skozi procesno komoro. Učinkovito razvejanje enega proti več in enoten pretok tekočine, skupaj s prostorskimi in montažnimi omejitvami, je geometrijsko vprašanje, kjer ima aditivna proizvodnja edinstvene prednosti, vesoljska, obrambna in polprevodniška industrija pa zdaj sprejema tehnologijo. Široka uporaba je dokaz .
Možnost, da bomo v prihodnosti lažje zadihali
Neposredno zajemanje zraka in rafiniranje sta ključni tehnologiji za izboljšanje ravni ogljika v atmosferi, aditivna proizvodnja pa trenutno omogoča bistveno učinkovitejšo tehnologijo. V zvezi s tem je glavni vodja rešitev pri 3D Systems dejal: »3D Systems in AirCapture sta v svojem sodelovanju prišla daleč z izkoriščanjem aditivnega izdelave za hitro ponavljanje in ustvarjanje proizvodnih komponent. zajemajo učinkovitost ob zmanjšanju faktorja oblike in odtisa, zaradi česar je tehnologija enostavna za namestitev in končno razširitev. Z nadaljnjim sprejemanjem naprednih proizvodnih tehnik in orodij za načrtovanje verjamemo, da je lažje razumeti, da je podnebje morda še vedno udobno in bivalno za prihodnje generacije.«