Ara, més de 20 anys després del segle XXI, la importància d'abordar el canvi climàtic s'està accelerant. Tal com proposa la Coalició Net Zero de les Nacions Unides: l'Acord de París del 2050 posa de manifest la necessitat de reduir les emissions importants en una dècada per mantenir l'escalfament global per sota d'1,5 graus i garantir un clima habitable. Per aconseguir-ho, els fabricants industrials pesants estan construint ràpidament negocis i invertint molt, mentre que les startups tecnològiques estan creant noves solucions. Malgrat les inversions dels fabricants industrials per resoldre el problema i la creació de noves solucions per part de noves empreses tecnològiques, l'objectiu global continua sense complir-se.
Al cor de la captura de carboni hi ha algunes reaccions químiques relativament senzilles. Qualsevol sistema de captura i regeneració de carboni ha de funcionar amb una eficiència extrema per garantir que no agreugi els problemes amb el consum de combustibles alts en carboni o l'emissió de més carboni a l'atmosfera. En altres paraules, hem de capturar el màxim de carboni possible mentre fem servir molt menys carboni per generar la reacció del que es captura. Idealment, l'objectiu és comercialitzar l'entrada de carboni zero per a la recuperació il·limitada de carboni com a sortida.
Per resoldre aquest problema, cal una infraestructura amb carboni negatiu. La manera més eficient, eficaç i escalable d'ajudar a reduir les emissions de CO2 és utilitzar la captura directa d'aire (DAC). La captura directa d'aire és una tecnologia que separa el diòxid de carboni de l'aire per crear productes econòmicament necessaris, com ara productes agrícoles, materials de construcció, combustibles, plàstics i productes químics. Els DAC també permeten el segrest -- la capacitat d'emmagatzemar CO2 amb finalitats constructives -- convertint-lo d'una amenaça en una oportunitat.
Els beneficis de la fabricació additiva
L'eliminació del carboni de l'atmosfera requereix un sistema de filtres, intercanviadors de calor, condensadors, separadors de gasos i compressors. Moltes d'aquestes peces complexes requereixen geometries que són molt adequades per a la fabricació additiva, que és més eficient i potencialment més rendible que els mètodes de fabricació tradicionals, i aporta un rendiment substancial als dispositius DAC i beneficis econòmics:
Optimització del disseny per a l'eficiència energètica. Quan apliquem les capacitats d'optimització del disseny de la fabricació additiva a aquests sistemes de captura i utilització de carboni, tenim el potencial d'augmentar dràsticament el rendiment i l'eficiència, apropant-nos a la pèrdua d'energia.
Llibertat de disseny. La fabricació ràpida de prototips allibera els dissenys per expressar les noves estructures necessàries per capturar i processar de manera eficient el carboni atmosfèric i utilitzar-lo per fer alguna cosa útil.
rendiment. Pot produir una sèrie d'aliatges amb resistència a alta temperatura, resistència a la corrosió i alta conductivitat tèrmica.
Extensibilitat. S'entrega ràpidament amb una fabricació escalable per donar suport a l'alta demanda d'equips al camp.
Eficiència de la cadena de subministrament. La integració de components i el disseny global permeten racionalitzar la qualitat i la cadena de subministrament. No podem ignorar la petjada de carboni d'utilitzar diversos proveïdors a tot el país per produir un sol component.
La fabricació additiva compleix tots els requisits per a la producció d'aquests reactors i permet aplicacions que aborden diverses necessitats de captura de carboni.
Equips de micro turbines
Les microturbines són una tecnologia emergent en diverses indústries, inclosa la generació d'energia. Ofereixen l'oportunitat de proporcionar gasos i fluids a alta pressió i eficients en un factor de forma petit amb una petjada energètica/carboni mínima. L'eficiència de la captura de carboni és molt similar a la de la generació general d'electricitat i és una funció de la producció i l'aportació d'energia.
L'alt rendiment, la compressió d'aire fiable i l'estabilitat de la pressió del sistema són fonamentals per al funcionament dels sistemes de captura de carboni ara i, el que és més important, en el futur. A mesura que els sistemes industrials de captura de carboni es mouen cap a més unitats comercials i producció i operació distribuïdes, és encara més crític utilitzar una tecnologia nova i compacta de turbines per permetre operacions d'alta eficiència i a petita escala.
Mfiltre mecànic
Una part clau de la captura de carboni és primer "capturar" el carboni amb filtres mecànics estructurats, normalment recoberts d'amines que atrauen carboni. L'aire entra al sistema a través de la primera etapa, que és l'etapa de "contacte directe amb l'aire". L'eficiència d'un filtre que contacta directament amb l'aire es pot maximitzar mitjançant una estructura de filtre que permet un contacte màxim entre l'aire entrant i la superfície del filtre. La fabricació additiva permet un disseny d'aquest filtre de primera funció que pot induir alts nivells de turbulència i mescla, així com una gran superfície per al màxim contacte amb l'aire.
Hintercanviador de menjar
El malbaratament de calor és un problema comú en la captura de carboni. El carboni capturat en la primera etapa de contacte directe amb l'aire s'ha d'evacuar des del filtre mecànic fins a l'etapa de refinament aigües avall. En moltes realitzacions de la tecnologia, això s'aconsegueix alliberant el carbó del filtre amb vapor a pressió. Els intercanviadors de calor es poden utilitzar per eliminar la calor residual del procés de generació de vapor i més comunament aigües avall per reduir la temperatura del vapor ric en carboni que surt de l'etapa de filtre. A més, les noves estratègies d'intercanvi de calor combinades amb els passos de destil·lació i refinat aigües avall mantenen el procés a una temperatura constant per mantenir les reaccions químiques i produir productes de carboni.
Placa difusora
Les plaques difusores s'utilitzen habitualment en el processament químic per agafar un volum de gas o líquid i barrejar-lo. La difusió de fluids funciona com el concepte de col·limació de la llum, que pren una font de llum i organitza l'energia de manera que la llum es difongui en camins de feix paral·lel. Una placa difusora és molt semblant al capçal d'aspersió d'una mànega de jardí, fluirà el líquid caòtic en un flux uniforme estructurat. Les plaques de difusió de líquids són una part important de la pila de procés per garantir un flux i una manipulació uniformes de fluids rics en carboni a mesura que hi passen.
La fabricació additiva permet que les plaques difusores de gran volum proporcionin una dispersió líquida d'alta eficiència, principalment a través de la complexitat del disseny d'implementar formes de plaques difusores, però també formes de broquets difusores. Prenent en préstec els conceptes del disseny de broquets de combustible aeroespacial i les aplicacions d'aspersió d'equips de capital de semiconductors, les plaques difusores de fabricació additiva es poden fabricar 20 vegades més ràpid que el mecanitzat pur.
Refrigeradores i alambiques
El producte ric en carboni que surt de l'etapa de filtració es pot considerar "brut" i requereix un processament posterior abans de poder-lo utilitzar. Aquest reprocessament de carboni brut es pot fer fora d'un sistema autònom, però significa que es genera més carboni durant la logística de recollida i transport de productes de carboni bruts a instal·lacions secundàries de reprocessament. Els sistemes de captura de carboni més valuosos i prometedors tenen un cert grau de reprocessament integrat de productes de carboni brut, de manera que la sortida del sistema de captura de carboni inclou productes de carboni nets utilitzables i subproductes segurs a base d'aigua.
Les torres de refineria, incloent alambins i intercanviadors de calor amb refrigeració integrada, són tradicionalment relativament complexes de muntar, amb desenes de carcassa i etapes de xapa (fins a centenars de iardes de colzes), així com desenes de brides, accessoris, col·lectors, mecanitzat o fos. Tot això s'ha d'aconseguir i muntar, augmentant encara més la producció col·lectiva de carboni i la contaminació de només fabricar les peces i muntar-les.
La fabricació additiva permet una àmplia gamma d'integració de components i disseny global, que permet una integració i racionalització significativa de la cadena de subministrament. També permet dissenys eficients i de primera funció que acceleren l'etapa d'acabat i proporcionen més sortida en un factor de forma més petit.
Colectors (líquid, gas i vapor)
La captura de carboni és un procés químic que implica la combinació de fluids i gasos amb la química, la temperatura i la pressió. Els col·lectors tenen moltes aplicacions en la captura de carboni, des del lliurament de productes químics a les cambres de procés, fins a la distribució eficient del refrigerant als components actius de refrigeració, com ara intercanviadors de calor i aplicacions generals de distribució de gas. El que fa que la producció d'aquestes peces sigui un repte no és el requisit de resistència química o materials especials de grau aeroespacial, sinó la necessitat de mantenir l'equalització de pressió a les moltes línies derivades i fins i tot transferir fluids a través de la cambra de procés. La ramificació eficient d'un a molts i el flux de fluids uniforme, juntament amb les limitacions d'espai i de muntatge, és un problema geomètric on la fabricació additiva té avantatges únics, i les indústries aeroespacial, de defensa i de semiconductors ara estan adoptant la tecnologia. L'adopció generalitzada és una prova. .
La possibilitat que puguem respirar més fàcil en el futur
La captura directa d'aire i el refinament són tecnologies clau per millorar els nivells de carboni atmosfèric, i actualment la fabricació additiva fa que la tecnologia sigui significativament més eficient. En aquest sentit, el líder principal de solucions de 3D Systems va dir: "3D Systems i AirCapture han recorregut un llarg camí en la seva col·laboració aprofitant la fabricació additiva per iterar i crear components produïbles ràpidament. Les geometries d'alta eficiència aplicades a la pila de procés i augmenten l'intercanvi de calor. captura l'eficiència alhora que redueix el factor de forma i l'empremta, fent que la tecnologia sigui fàcil d'instal·lar i, finalment, d'ampliar-se. Amb l'adopció de tècniques de fabricació avançades i eines de disseny, creiem que és més fàcil entendre que el clima encara pot ser còmode i habitable per a les generacions futures".