Sada, više od 20 godina u 21. vijeku, važnost suočavanja sa klimatskim promjenama se ubrzava. Kao što je predložila Koalicija UN-a Net Zero: Pariški sporazum iz 2050. naglašava potrebu za značajnim smanjenjem emisija u roku od jedne decenije kako bi se globalno zagrijavanje održalo ispod 1,5 stepena i garantovana klima pogodna za život. Da bi to postigli, proizvođači teške industrije brzo grade poslovanje i ulažu velika sredstva, dok tehnološki startupi stvaraju nova rješenja. Unatoč ulaganjima industrijskih proizvođača u rješavanje problema i stvaranju novih rješenja od strane novih tehnoloških kompanija, globalni cilj ostaje neispunjen.
U središtu hvatanja ugljika su neke relativno jednostavne kemijske reakcije. Svaki sistem za hvatanje i regeneraciju ugljika mora raditi s ekstremnom efikasnošću kako bi se osiguralo da ne pogorša probleme trošenjem goriva s visokim udjelom ugljika ili ispuštanjem više ugljika u atmosferu. Drugim riječima, moramo uhvatiti što je moguće više ugljika dok koristimo daleko manje ugljika za stvaranje reakcije nego što je zarobljeno. U idealnom slučaju, cilj je trgovati nultim unosom ugljika za neograničeni povrat ugljika kao izlaz.
Za rješavanje ovog problema potrebna je infrastruktura s negativnim utjecajem na ugljik. Najefikasniji, najefikasniji i skalabilan način da se smanji emisija CO2 je korištenje direktnog hvatanja zraka (DAC). Direktno hvatanje zraka je tehnologija koja odvaja ugljični dioksid iz zraka kako bi se stvorili ekonomski potrebni proizvodi - kao što su poljoprivredni proizvodi, građevinski materijali, goriva, plastika i kemikalije. DAC-ovi također omogućavaju sekvestraciju -- mogućnost skladištenja CO2 u konstruktivne svrhe -- pretvarajući ga iz prijetnje u priliku.
Prednosti aditivne proizvodnje
Uklanjanje ugljenika iz atmosfere zahteva sistem filtera, izmenjivača toplote, kondenzatora, separatora gasa i kompresora. Mnogi od ovih složenih dijelova zahtijevaju geometrije koje su dobro prikladne za aditivnu proizvodnju, što je efikasnije i potencijalno isplativije od tradicionalnih metoda proizvodnje, i donosi značajne performanse DAC uređajima i ekonomske koristi:
Optimizacija dizajna za energetsku efikasnost. Kada primenimo mogućnosti optimizacije dizajna aditivne proizvodnje na ove sisteme za hvatanje i korišćenje ugljenika, imamo potencijal da dramatično povećamo performanse i efikasnost, približavajući se gubitku energije.
Sloboda dizajna. Brza proizvodnja prototipa oslobađa dizajne kako bi izrazili nove strukture potrebne za efikasno hvatanje i obradu atmosferskog ugljika i njegovo korištenje za nešto korisno.
performanse. Može proizvesti niz legura otpornih na visoke temperature, otpornosti na koroziju i visoke toplinske provodljivosti.
Proširivost. Brzo se isporučuje uz skalabilnu proizvodnju kako bi se podržala velika potražnja za opremom na terenu.
Efikasnost lanca snabdevanja. Integracija komponenti i cjelokupni dizajn omogućavaju racionalizaciju kvaliteta i lanca opskrbe. Ne možemo zanemariti ugljični otisak korištenja više dobavljača širom zemlje za proizvodnju jedne komponente.
Aditivna proizvodnja ispunjava sve zahtjeve za proizvodnju ovakvih reaktora i omogućava primjene koje zadovoljavaju različite potrebe za hvatanjem ugljika.
Mikroturbinska oprema
Mikroturbine su nova tehnologija u različitim industrijama, uključujući proizvodnju električne energije. Oni nude priliku da obezbede visok pritisak, efikasnu isporuku gasa i tečnosti u malom faktoru oblika sa minimalnim energetskim/ugljičnim otiskom. Efikasnost hvatanja ugljika je vrlo slična onoj opće proizvodnje električne energije i funkcija je proizvodnje i unosa energije.
Visoke performanse, pouzdana kompresija vazduha i stabilnost pritiska sistema su kritični za funkcionisanje sistema za hvatanje ugljenika sada i, što je još važnije, u budućnosti. Kako se industrijski sistemi za hvatanje ugljika kreću prema više komercijalnih jedinica i distribuiranoj proizvodnji i radu, još je važnije koristiti novu, kompaktnu turbinsku tehnologiju kako bi se omogućile visokoefikasne operacije malog obima.
Mehanical filter
Ključni dio hvatanja ugljika je prvo "hvatanje" ugljika strukturiranim mehaničkim filterima, obično obloženim aminima koji privlače ugljik. Vazduh se uvlači u sistem kroz prvu fazu, a to je faza "direktnog kontakta sa vazduhom". Efikasnost filtera koji direktno dolazi u kontakt sa vazduhom može se maksimizirati strukturom filtera koja omogućava maksimalan kontakt između ulaznog vazduha i površine filtera. Aditivna proizvodnja omogućava dizajn ovog filtera koji je prvi u funkciji koji može izazvati visok nivo turbulencije i mešanja, kao i veliku površinu za maksimalni kontakt sa vazduhom.
Heat exchanger
Toplotni otpad je čest problem u hvatanju ugljika. Ugljik zarobljen u prvom stupnju direktnog kontakta sa zrakom mora se evakuirati iz mehaničkog filtera u daljnju fazu rafiniranja. U mnogim realizacijama tehnologije, to se postiže oslobađanjem ugljika iz filtera parom pod pritiskom. Izmjenjivači topline se mogu koristiti za uklanjanje preostale topline iz procesa proizvodnje pare i češće nizvodno za smanjenje temperature pare bogate ugljikom koja izlazi iz faze filtra. Osim toga, nove strategije razmjene topline u kombinaciji sa nizvodnim destilacijom i koracima rafiniranja održavaju proces na konstantnoj temperaturi kako bi se održale kemijske reakcije i proizveli izlazni proizvodi ugljika.
Difuzor ploča
Ploče difuzora se obično koriste u hemijskoj obradi za uzimanje zapremine gasa ili tečnosti i njihovo mešanje. Difuzija fluida funkcionira kao koncept kolimacije svjetlosti, koja uzima izvor svjetlosti i organizira energiju tako da svjetlost difundira u paralelnim putanjama zraka. Ploča difuzora je vrlo slična glavi prskalice vrtnog crijeva, ona će teći kaotičnu tekućinu u strukturirani jednoličan tok. Ploče za difuziju tekućine su važan dio procesa kako bi se osigurao ravnomjeran protok i rukovanje fluidima bogatim ugljikom dok oni teku.
Aditivna proizvodnja omogućava difuzorskim pločama velike zapremine da obezbede visokoefikasnu tečnu disperziju, prvenstveno kroz složenost dizajna implementacije oblika ploča difuzora, ali i oblika mlaznica difuzora. Pozajmljivanjem koncepata iz dizajna mlaznica za gorivo u vazduhoplovstvu i aplikacija za prskalice za kapitalnu poluvodičku opremu, aditivno proizvedene ploče difuzora mogu se proizvesti 20 puta brže od čiste mašinske obrade.
Hladnjaci i aparati
Proizvod bogat ugljikom koji izlazi iz faze filtracije može se smatrati "prljavim" i zahtijeva dalju obradu prije nego što se može koristiti. Ova ponovna obrada prljavog ugljika može se obaviti izvan samostalnog sistema, ali to znači da se više ugljika stvara tokom logistike prikupljanja i transporta prljavih ugljičnih proizvoda do sekundarnih postrojenja za preradu. Najvredniji i najperspektivniji sistemi za hvatanje ugljenika imaju određeni stepen integrisane ponovne obrade prljavog ugljenika, tako da izlaz sistema za hvatanje ugljenika uključuje čiste upotrebljive proizvode ugljenika i sigurne nusproizvode na bazi vode.
Rafinerijski tornjevi, uključujući pregrade i izmjenjivače topline s integriranim hlađenjem, tradicionalno su relativno složeni za montažu, sa desetinama limenih školjki i stepenica (do stotine metara koljena), kao i desetinama prirubnica, fitinga, razdjelnika, mogu biti obrađene ili livene. Sve ovo treba nabaviti i sastaviti, dodatno povećavajući kolektivnu proizvodnju ugljika i zagađenje od same izrade dijelova i njihovog sklapanja.
Aditivna proizvodnja omogućava širok spektar integracije komponenti i sveukupnog dizajna, što omogućava značajnu integraciju i racionalizaciju lanca snabdevanja. Takođe omogućava funkcionalne, efikasne dizajne koji ubrzavaju fazu završne obrade i pružaju više izlaza u manjem faktoru forme.
Razdjelnici (tečnost, plin i para)
Hvatanje ugljika je hemijski proces koji uključuje kombinaciju fluida i gasova sa hemijom, temperaturom i pritiskom. Razdjelnici imaju mnoge primjene u hvatanju ugljika, od isporuke hemikalija u procesne komore, do efikasne distribucije rashladnog sredstva do aktivnih rashladnih komponenti kao što su izmjenjivači topline i općih aplikacija za distribuciju plina. Ono što proizvodnju ovih delova čini izazovnom nije zahtev za hemijskom otpornošću ili specijalnim materijalima za vazduhoplovstvo, već potreba da se održi izjednačavanje pritiska na mnogim granama, pa čak i prenos fluida kroz procesnu komoru. Efikasno grananje jedan na više i ujednačen protok fluida, zajedno sa ograničenjima prostora i montaže, geometrijski je problem u kojem aditivna proizvodnja ima jedinstvene prednosti, a avio-industrija, odbrambena i poluprovodnička industrija sada usvajaju tehnologiju. Široko rasprostranjeno usvajanje je dokaz .
Mogućnost da u budućnosti lakše dišemo
Direktno hvatanje i rafiniranje zraka ključne su tehnologije za poboljšanje nivoa ugljika u atmosferi, a aditivna proizvodnja trenutno čini tehnologiju znatno efikasnijom. S tim u vezi, glavni vođa rješenja kompanije 3D Systems je rekao: "3D Systems i AirCapture su prešli dug put u svojoj saradnji koristeći aditivnu proizvodnju za brzo ponavljanje i kreiranje komponenti koje se mogu proizvesti. Visokoefikasne geometrije primijenjene na procesni sloj i povećanje razmjene topline uhvatite efikasnost uz smanjenje faktora forme i otiska, čineći tehnologiju jednostavnom za instalaciju i konačno proširenje. Uz daljnje usvajanje naprednih proizvodnih tehnika i alata za dizajn, vjerujemo da je lakše razumjeti da bi klima i dalje mogla biti ugodna i pogodna za život budućim generacijama."