Сада, више од 20 година у 21. веку, важност борбе против климатских промена се убрзава. Као што је предложила коалиција УН Нет Зеро: Париски споразум из 2050. наглашава потребу за значајним смањењем емисија у року од једне деценије како би се глобално загревање одржало испод 1,5 степена и гарантовало климу погодну за живот. Да би то постигли, произвођачи тешке индустрије брзо граде предузећа и улажу велика средства, док технолошки стартапови стварају нова решења. Упркос улагањима индустријских произвођача у решавање проблема и креирању нових решења од стране нових технолошких компанија, глобални циљ остаје неиспуњен.
У срцу хватања угљеника су неке релативно једноставне хемијске реакције. Сваки систем за хватање и регенерацију угљеника мора да ради са изузетном ефикасношћу како би се осигурало да не погорша проблеме трошењем горива са високим садржајем угљеника или емисијом више угљеника у атмосферу. Другим речима, морамо да ухватимо што је могуће више угљеника док користимо далеко мање угљеника за генерисање реакције него што је заробљено. У идеалном случају, циљ је да се размени нулти унос угљеника за неограничен опоравак угљеника као излаз.
Да би се решио овај проблем, потребна је инфраструктура са негативним утицајем на угљеник. Најефикаснији, најефикаснији и скалабилан начин да се смањи емисија ЦО2 је коришћење директног захватања ваздуха (ДАЦ). Директно хватање ваздуха је технологија која одваја угљен-диоксид из ваздуха како би се створили економски потребни производи – као што су пољопривредни производи, грађевински материјали, горива, пластика и хемикалије. ДАЦ-ови такође омогућавају секвестрацију -- могућност складиштења ЦО2 у конструктивне сврхе -- претварајући га из претње у прилику.
Предности адитивне производње
Уклањање угљеника из атмосфере захтева систем филтера, измењивача топлоте, кондензатора, сепаратора гаса и компресора. Многи од ових сложених делова захтевају геометрије које су веома погодне за адитивну производњу, што је ефикасније и потенцијално исплативије од традиционалних метода производње, и доноси значајне перформансе ДАЦ уређајима и економске користи:
Оптимизација дизајна за енергетску ефикасност. Када применимо могућности оптимизације дизајна адитивне производње на ове системе за хватање и коришћење угљеника, имамо потенцијал да драматично повећамо перформансе и ефикасност, приближавајући се губитку енергије.
Слобода дизајна. Брза производња прототипа ослобађа дизајн како би изразио нове структуре потребне за ефикасно хватање и обраду атмосферског угљеника и његово коришћење да уради нешто корисно.
перформансе. Може да произведе низ легура са отпорношћу на високе температуре, отпорношћу на корозију и високом топлотном проводљивошћу.
Проширивост. Брзо се испоручује уз скалабилну производњу како би се подржала велика потражња за опремом на терену.
Ефикасност ланца снабдевања. Интеграција компоненти и целокупни дизајн омогућавају рационализацију квалитета и ланца снабдевања. Не можемо занемарити угљенични отисак коришћења више добављача широм земље за производњу једне компоненте.
Адитивна производња испуњава све захтеве за производњу оваквих реактора и омогућава апликације које се баве различитим потребама за хватањем угљеника.
Опрема за микро турбине
Микротурбине су технологија у настајању у различитим индустријама, укључујући производњу електричне енергије. Они нуде прилику да обезбеде ефикасну испоруку гаса и течности под високим притиском у малом фактору облика са минималним енергетским/угљеничним отиском. Ефикасност хватања угљеника је веома слична оној опште производње електричне енергије и функција је производње и уноса енергије.
Високе перформансе, поуздана компресија ваздуха и стабилност притиска система су критични за функционисање система за хватање угљеника сада и, што је још важније, у будућности. Како се индустријски системи за хватање угљеника крећу ка више комерцијалних јединица и дистрибуираној производњи и раду, још је важније користити нову, компактну турбинску технологију како би се омогућиле високоефикасне операције малог обима.
Mецханицал филтер
Кључни део хватања угљеника је прво „хватање“ угљеника структурираним механичким филтерима, обично обложеним аминима који привлаче угљеник. Ваздух се увлачи у систем кроз прву фазу, а то је фаза „директног контакта са ваздухом“. Ефикасност филтера који директно долази у контакт са ваздухом може се максимизирати структуром филтера која омогућава максималан контакт између улазног ваздуха и површине филтера. Адитивна производња омогућава дизајн овог филтера који је први у функцији који може да изазове високе нивое турбуленције и мешања, као и велику површину за максималан контакт са ваздухом.
Hјести измењивач
Отпад топлоте је чест проблем у вези са хватањем угљеника. Угљеник заробљен у првом степену директног контакта са ваздухом мора да се евакуише из механичког филтера у фазу рафинације низводно. У многим реализацијама технологије, ово се постиже ослобађањем угљеника из филтера паром под притиском. Измењивачи топлоте се могу користити за уклањање преостале топлоте из процеса производње паре и чешће низводно да би се смањила температура паре богате угљеником која излази из фазе филтера. Поред тога, нове стратегије размене топлоте у комбинацији са низводним корацима дестилације и рафинације одржавају процес на константној температури да би се одржале хемијске реакције и произвели излазни производи угљеника.
Дифузор плоча
Дифузорске плоче се обично користе у хемијској обради за узимање запремине гаса или течности и мешање. Дифузија флуида функционише као концепт колимације светлости, која узима извор светлости и организује енергију тако да светлост дифундује у паралелним путањама зрака. Плоча дифузора је веома слична глави прскалице баштенског црева, она ће тећи хаотичну течност у структурирани једнолични ток. Плоче за дифузију течности су важан део процеса који обезбеђују равномеран проток и руковање течностима богатим угљеником док пролазе кроз њих.
Адитивна производња омогућава дифузорским плочама велике запремине да обезбеде високоефикасну дисперзију течности, првенствено кроз комплексност дизајна имплементације облика плоча дифузора, али и облика млазница дифузора. Позајмљивањем концепата из дизајна млазница за гориво у ваздухопловству и апликација за прскалице за капиталну полупроводничку опрему, адитивно произведене плоче дифузора могу се произвести 20 пута брже од чисте машинске обраде.
Хладњаци и стационари
Производ богат угљеником који излази из фазе филтрације може се сматрати "прљавим" и захтева даљу обраду пре него што се може користити. Ова поновна обрада прљавог угљеника може се обавити ван самосталног система, али то значи да се више угљеника генерише током логистике прикупљања и транспорта прљавих угљеничних производа до објеката за секундарну прераду. Највреднији и најперспективнији системи за хватање угљеника имају одређени степен интегрисане поновне обраде прљавог угљеника, тако да излаз система за хватање угљеника укључује чисте употребљиве производе угљеника и безбедне нуспроизводе на бази воде.
Рафинеријски торњеви, укључујући преграде и измењиваче топлоте са интегрисаним хлађењем, традиционално су релативно сложени за монтажу, са десетинама шкољки и степеница од лима (до стотине јарди колена), као и десетинама прирубница, фитинга, разводника, могу бити обрађене или ливене. Све ово треба да се набави и састави, додатно повећавајући колективни излаз угљеника и загађење од саме израде делова и њиховог склапања.
Адитивна производња омогућава широк спектар интеграције компоненти и целокупног дизајна, што омогућава значајну интеграцију и поједностављење ланца снабдевања. Такође омогућава функционалне, ефикасне дизајне који убрзавају фазу завршне обраде и пружају више излаза у мањем фактору форме.
Колектори (течност, гас и пара)
Захватање угљеника је хемијски процес који укључује комбинацију течности и гасова са хемијом, температуром и притиском. Колектори имају много примена у прикупљању угљеника, од испоруке хемикалија у процесне коморе, до ефикасне дистрибуције расхладне течности до активних расхладних компоненти као што су измењивачи топлоте и опште примене у дистрибуцији гаса. Оно што производњу ових делова чини изазовном није захтев за хемијском отпорношћу или специјалним материјалима за ваздухопловство, већ потреба да се одржи изједначавање притиска на многим гранама, па чак и пренос течности кроз процесну комору. Ефикасно гранање један на више и равномеран проток течности, заједно са ограничењима простора и монтаже, представљају геометријско питање где адитивна производња има јединствене предности, а ваздухопловна, одбрамбена и полупроводничка индустрија сада усвајају технологију. Широко усвајање је доказ .
Могућност да у будућности лакше дишемо
Директно хватање и рафинирање ваздуха су кључне технологије за побољшање нивоа атмосферског угљеника, а адитивна производња тренутно чини технологију знатно ефикаснијом. С тим у вези, главни вођа решења компаније 3Д Системс је рекао: „3Д Системс и АирЦаптуре су прешли дуг пут у својој сарадњи користећи адитивну производњу за брзо понављање и креирање компоненти које се могу произвести. Геометрије високе ефикасности примењене на процесну групу и повећање размене топлоте ухватите ефикасност уз смањење фактора форме и отиска, чинећи технологију једноставном за инсталацију и коначно проширење. Уз даље усвајање напредних производних техника и алата за дизајн, верујемо да је лакше разумети да клима може и даље бити удобна и погодна за живот будућим генерацијама."