Agora, mais de 20 anos no século 21, a importância de combater as mudanças climáticas está se acelerando. Conforme proposto pela Coalizão Net Zero da ONU: O Acordo de Paris de 2050 destaca a necessidade de reduções significativas de emissões dentro de uma década para manter o aquecimento global abaixo de 1,5 grau e garantir um clima habitável. Para conseguir isso, os fabricantes da indústria pesada estão construindo negócios rapidamente e investindo pesadamente, enquanto as startups de tecnologia estão criando novas soluções. Apesar dos investimentos dos fabricantes industriais para resolver o problema e da criação de novas soluções por parte das novas empresas de tecnologia, a meta global permanece não cumprida.
No centro da captura de carbono estão algumas reações químicas relativamente simples. Qualquer sistema de captura e regeneração de carbono deve operar com extrema eficiência para garantir que não agrave os problemas consumindo combustíveis com alto teor de carbono ou emitindo mais carbono na atmosfera. Em outras palavras, temos que capturar o máximo de carbono possível usando muito menos carbono para gerar a reação do que é capturado. Idealmente, o objetivo é trocar a entrada de carbono zero pela recuperação ilimitada de carbono como saída.
Para resolver esse problema, é necessária uma infraestrutura negativa em carbono. A maneira mais eficiente, eficaz e escalável de ajudar a reduzir as emissões de CO2 é usar a captura direta de ar (DAC). A captura direta de ar é uma tecnologia que separa o dióxido de carbono do ar para criar produtos economicamente necessários - como produtos agrícolas, materiais de construção, combustíveis, plásticos e produtos químicos. Os DACs também permitem o sequestro -- a capacidade de armazenar CO2 para fins construtivos -- transformando-o de uma ameaça em uma oportunidade.
Os benefícios da manufatura aditiva
A remoção do carbono da atmosfera requer um sistema de filtros, trocadores de calor, condensadores, separadores de gases e compressores. Muitas dessas peças complexas exigem geometrias adequadas para a fabricação aditiva, que é mais eficiente e potencialmente mais econômica do que os métodos tradicionais de fabricação e traz desempenho substancial aos dispositivos DAC e benefícios econômicos:
Otimização do projeto para eficiência energética. Quando aplicamos os recursos de otimização de projeto da manufatura aditiva a esses sistemas de captura e utilização de carbono, temos o potencial de aumentar drasticamente o desempenho e a eficiência, aproximando-nos da perda de energia.
Liberdade de projeto. A fabricação de prototipagem rápida libera projetos para expressar as novas estruturas necessárias para capturar e processar eficientemente o carbono atmosférico e usá-lo para fazer algo útil.
atuação. Pode produzir uma série de ligas com resistência a altas temperaturas, resistência à corrosão e alta condutividade térmica.
Extensibilidade. Entregue rapidamente com fabricação escalável para dar suporte à alta demanda por equipamentos em campo.
Eficiência da Cadeia de Suprimentos. A integração de componentes e o design geral permitem a racionalização da qualidade e da cadeia de suprimentos. Não podemos ignorar a pegada de carbono de usar vários fornecedores em todo o país para produzir um único componente.
A manufatura aditiva atende a todos os requisitos para a produção desses reatores e possibilita aplicações que atendem a diversas necessidades de captura de carbono.
Equipamento de microturbina
As microturbinas são uma tecnologia emergente em vários setores, incluindo geração de energia. Eles oferecem a oportunidade de fornecer gás e fluido eficiente em alta pressão em um formato pequeno com uma pegada mínima de energia/carbono. A eficiência da captura de carbono é muito semelhante à da geração geral de eletricidade e é função da produção e do aporte de energia.
Alto desempenho, compressão de ar confiável e estabilidade de pressão do sistema são essenciais para o funcionamento dos sistemas de captura de carbono agora e, mais importante, no futuro. À medida que os sistemas industriais de captura de carbono avançam em direção a unidades mais comerciais e produção e operação distribuídas, é ainda mais crítico utilizar tecnologia de turbina nova e compacta para permitir operações de pequena escala e alta eficiência.
Mfiltro mecânico
Uma parte fundamental da captura de carbono é primeiro "capturar" o carbono com filtros mecânicos estruturados, geralmente revestidos com aminas que atraem carbono. O ar é puxado para o sistema através do primeiro estágio, que é o estágio de "contato direto com o ar". A eficiência de um filtro que entra em contato direto com o ar pode ser maximizada por uma estrutura de filtro que permite o máximo contato entre o ar de entrada e a superfície do filtro. A fabricação aditiva permite um design funcional deste filtro que pode induzir altos níveis de turbulência e mistura, bem como alta área de superfície para máximo contato com o ar.
Hcomer trocador
O desperdício de calor é um problema comum na captura de carbono. O carbono capturado no primeiro estágio de contato direto com o ar deve ser evacuado do filtro mecânico para o estágio de refino a jusante. Em muitas modalidades da tecnologia, isso é realizado liberando o carbono do filtro com vapor pressurizado. Os trocadores de calor podem ser usados para remover o calor residual do processo de geração de vapor e, mais comumente, a jusante para reduzir a temperatura do vapor rico em carbono que sai do estágio de filtragem. Além disso, novas estratégias de troca de calor combinadas com etapas de destilação e refino a jusante mantêm o processo a uma temperatura constante para sustentar reações químicas e produzir produtos de carbono de saída.
Placa difusora
Placas difusoras são comumente usadas em processamento químico para pegar um volume de gás ou líquido e misturá-lo. A difusão de fluidos funciona como o conceito de colimação de luz, que pega uma fonte de luz e organiza a energia para que a luz se difunda em caminhos de feixe paralelos. Uma placa difusora é muito semelhante ao aspersor de uma mangueira de jardim, ela fluirá o líquido caótico em um fluxo uniforme e estruturado. As placas de difusão de líquido são uma parte importante da pilha de processo para garantir um fluxo uniforme e manuseio de fluidos ricos em carbono à medida que fluem.
A fabricação aditiva permite que placas difusoras de alto volume forneçam dispersão líquida de alta eficiência, principalmente através da complexidade do projeto de implementação de formas de placas difusoras, mas também formas de bicos difusores. Tomando emprestado conceitos do projeto de bicos de combustível aeroespacial e aplicações de aspersores de equipamentos de capital semicondutores, as placas difusoras fabricadas com aditivos podem ser fabricadas 20 vezes mais rápido do que a usinagem pura.
Coolers e alambiques
O produto rico em carbono que sai da etapa de filtração pode ser considerado "sujo" e requer processamento adicional antes de poder ser usado. Esse reprocessamento de carbono sujo pode ser feito fora de um sistema autônomo, mas significa que mais carbono é gerado durante a logística de coleta e transporte de produtos de carbono sujo para instalações de reprocessamento secundário. Os sistemas de captura de carbono mais valiosos e promissores têm algum grau de reprocessamento integrado de produtos de carbono sujo, de modo que a saída do sistema de captura de carbono inclui produtos de carbono utilizáveis limpos e subprodutos seguros à base de água.
Torres de refinaria, incluindo alambiques e trocadores de calor com refrigeração integrada, são tradicionalmente relativamente complexas de montar, com dezenas de conchas e estágios de chapa metálica (até centenas de metros de cotovelos), bem como dezenas de flanges, conexões, manifolds, podem ser usinado ou fundido. Tudo isso precisa ser adquirido e montado, aumentando ainda mais a produção coletiva de carbono e a poluição por apenas fabricar as peças e montá-las.
A manufatura aditiva permite uma ampla gama de integração de componentes e design geral, o que permite uma integração e simplificação significativas da cadeia de suprimentos. Ele também permite designs eficientes e que priorizam a função que aceleram o estágio de acabamento e fornecem mais saída em um formato menor.
Coletores (líquido, gás e vapor)
A captura de carbono é um processo químico que envolve a combinação de fluidos e gases com química, temperatura e pressão. Os manifolds têm muitas aplicações na captura de carbono, desde o fornecimento de produtos químicos às câmaras de processo até a distribuição eficiente de refrigerante para componentes ativos de resfriamento, como trocadores de calor e aplicações gerais de distribuição de gás. O que torna a produção dessas peças desafiadora não é a exigência de resistência química ou materiais especiais de grau aeroespacial, mas a necessidade de manter a equalização de pressão nas muitas linhas de ramais e até mesmo transferir fluidos através da câmara de processo. A ramificação eficiente de um para muitos e o fluxo de fluido uniforme, juntamente com as restrições de espaço e montagem, é uma questão geométrica em que a manufatura aditiva tem vantagens únicas, e as indústrias aeroespacial, de defesa e de semicondutores estão adotando a tecnologia A adoção generalizada é a prova .
A possibilidade de podermos respirar melhor no futuro
A captura direta de ar e o refino são tecnologias-chave para melhorar os níveis de carbono atmosférico, e a manufatura aditiva está atualmente tornando a tecnologia significativamente mais eficiente. A esse respeito, o principal líder de soluções da 3D Systems disse: "A 3D Systems e o AirCapture percorreram um longo caminho em sua colaboração, aproveitando a manufatura aditiva para iterar rapidamente e criar componentes produzíveis. Geometrias de alta eficiência aplicadas à pilha de processos e aumento da troca de calor captura eficiência enquanto reduz o fator de forma e a pegada, tornando a tecnologia fácil de instalar e, finalmente, expandir. Com a adoção adicional de técnicas avançadas de fabricação e ferramentas de design, acreditamos que é mais fácil entender que o clima ainda pode ser confortável e habitável para as gerações futuras."