Ahora, más de 20 años después del siglo XXI, la importancia de abordar el cambio climático se está acelerando. Según lo propuesto por la Coalición Net Zero de la ONU: El Acuerdo de París 2050 destaca la necesidad de reducciones significativas de emisiones dentro de una década para mantener el calentamiento global por debajo de 1,5 grados y garantizar un clima habitable. Para lograr esto, los fabricantes industriales pesados están creando negocios rápidamente e invirtiendo mucho, mientras que las nuevas empresas tecnológicas están creando nuevas soluciones. A pesar de las inversiones de los fabricantes industriales para resolver el problema y la creación de nuevas soluciones por parte de las nuevas empresas tecnológicas, el objetivo global sigue sin cumplirse.
En el corazón de la captura de carbono hay algunas reacciones químicas relativamente simples. Cualquier sistema de captura y regeneración de carbono debe operar con extrema eficiencia para garantizar que no exacerbe los problemas al consumir combustibles con alto contenido de carbono o emitir más carbono a la atmósfera. En otras palabras, tenemos que capturar la mayor cantidad de carbono posible mientras usamos mucho menos carbono para generar la reacción del que se captura. Idealmente, el objetivo es cambiar la entrada de carbono cero por la recuperación ilimitada de carbono como salida.
Para resolver este problema, se necesita una infraestructura de carbono negativo. La forma más eficiente, efectiva y escalable de ayudar a reducir las emisiones de CO2 es utilizar la captura directa de aire (DAC). La captura directa de aire es una tecnología que separa el dióxido de carbono del aire para crear productos económicamente necesarios, como productos agrícolas, materiales de construcción, combustibles, plásticos y productos químicos. Los DAC también permiten el secuestro -- la capacidad de almacenar CO2 con fines constructivos -- convirtiéndolo de una amenaza en una oportunidad.
Los beneficios de la fabricación aditiva
Eliminar el carbono de la atmósfera requiere un sistema de filtros, intercambiadores de calor, condensadores, separadores de gas y compresores. Muchas de estas piezas complejas requieren geometrías que se adaptan bien a la fabricación aditiva, que es más eficiente y potencialmente más rentable que los métodos de fabricación tradicionales y aporta un rendimiento sustancial a los dispositivos DAC y beneficios económicos:
Optimización del diseño para la eficiencia energética. Cuando aplicamos las capacidades de optimización del diseño de la fabricación aditiva a estos sistemas de captura y utilización de carbono, tenemos el potencial de aumentar drásticamente el rendimiento y la eficiencia, acercándonos a la pérdida de energía.
Libertad de diseño. La fabricación rápida de prototipos libera diseños para expresar las nuevas estructuras necesarias para capturar y procesar de manera eficiente el carbono atmosférico y usarlo para hacer algo útil.
actuación. Puede producir una serie de aleaciones con resistencia a altas temperaturas, resistencia a la corrosión y alta conductividad térmica.
Extensibilidad. Entregado rápidamente con fabricación escalable para soportar la alta demanda de equipos en el campo.
Eficiencia de la cadena de suministro. La integración de componentes y el diseño general permiten optimizar la calidad y la cadena de suministro. No podemos ignorar la huella de carbono de usar múltiples proveedores en todo el país para producir un solo componente.
La fabricación aditiva cumple con todos los requisitos para la producción de dichos reactores y permite aplicaciones que abordan diversas necesidades de captura de carbono.
Equipos de microturbinas
Las microturbinas son una tecnología emergente en varias industrias, incluida la generación de energía. Ofrecen la oportunidad de proporcionar un suministro eficiente de gas y fluidos a alta presión en un factor de forma pequeño con una huella de carbono/energía mínima. La eficiencia de la captura de carbono es muy similar a la de la generación general de electricidad y está en función de la producción y la entrada de energía.
El alto rendimiento, la compresión de aire confiable y la estabilidad de la presión del sistema son fundamentales para el funcionamiento de los sistemas de captura de carbono ahora y, lo que es más importante, en el futuro. A medida que los sistemas industriales de captura de carbono avanzan hacia unidades más comerciales y producción y operación distribuidas, es aún más crítico utilizar tecnología de turbinas compactas y novedosas para permitir operaciones de alta eficiencia a pequeña escala.
Mfiltro mecánico
Una parte clave de la captura de carbono es primero "capturar" el carbono con filtros mecánicos estructurados, generalmente recubiertos con aminas que atraen carbono. El aire ingresa al sistema a través de la primera etapa, que es la etapa de "contacto directo con el aire". La eficiencia de un filtro que contacta directamente con el aire se puede maximizar con una estructura de filtro que permita el máximo contacto entre el aire entrante y la superficie del filtro. La fabricación aditiva permite un diseño que prioriza la función de este filtro que puede inducir altos niveles de turbulencia y mezcla, así como una gran superficie para un máximo contacto con el aire.
Hcomer intercambiador
El desperdicio de calor es un problema común en la captura de carbono. El carbono capturado en la primera etapa de contacto directo con el aire debe evacuarse del filtro mecánico a la etapa de refinación posterior. En muchas realizaciones de la tecnología, esto se logra liberando el carbón del filtro con vapor presurizado. Los intercambiadores de calor se pueden usar para eliminar el calor residual del proceso de generación de vapor y, más comúnmente, aguas abajo para reducir la temperatura del vapor rico en carbono que sale de la etapa de filtrado. Además, las nuevas estrategias de intercambio de calor combinadas con los pasos de destilación y refinación aguas abajo mantienen el proceso a una temperatura constante para mantener las reacciones químicas y producir productos de carbono de salida.
Placa difusora
Las placas difusoras se usan comúnmente en el procesamiento químico para tomar un volumen de gas o líquido y mezclarlo. La difusión de fluidos funciona como el concepto de colimación de luz, que toma una fuente de luz y organiza la energía para que la luz se difunda en trayectorias de haz paralelas. Una placa difusora es muy similar al aspersor de una manguera de jardín, hará fluir el líquido caótico en un flujo uniforme estructurado. Las placas de difusión de líquidos son una parte importante de la pila del proceso para garantizar un flujo y un manejo uniformes de los fluidos ricos en carbono a medida que fluyen.
La fabricación aditiva permite que las placas difusoras de gran volumen brinden una dispersión de líquidos de alta eficiencia, principalmente a través de la complejidad del diseño de implementar formas de placas difusoras, pero también formas de boquillas difusoras. Tomando prestados conceptos del diseño de boquillas de combustible aeroespacial y aplicaciones de rociadores de equipos de capital de semiconductores, las placas difusoras fabricadas de forma aditiva se pueden fabricar 20 veces más rápido que el mecanizado puro.
Neveras y alambiques
El producto rico en carbono que sale de la etapa de filtración puede considerarse "sucio" y requiere un procesamiento adicional antes de que pueda usarse. Este reprocesamiento de carbono sucio se puede realizar fuera de un sistema independiente, pero significa que se genera más carbono durante la logística de recolección y transporte de productos de carbono sucio a instalaciones de reprocesamiento secundarias. Los sistemas de captura de carbono más valiosos y prometedores tienen cierto grado de reprocesamiento integrado de productos de carbono sucio, de modo que la salida del sistema de captura de carbono incluye productos de carbono utilizables limpios y subproductos a base de agua segura.
Las torres de refinería, incluidos los alambiques y los intercambiadores de calor con enfriamiento integrado, son tradicionalmente relativamente complejas de ensamblar, con docenas de carcasas y etapas de láminas de metal (hasta cientos de yardas de codos), así como docenas de bridas, accesorios, colectores, pueden ser mecanizado o fundido. Todo esto debe obtenerse y ensamblarse, lo que aumenta aún más la producción colectiva de carbono y la contaminación por el simple hecho de fabricar las piezas y ensamblarlas.
La fabricación aditiva permite una amplia gama de integración de componentes y diseño general, lo que permite una integración significativa y la racionalización de la cadena de suministro. También permite diseños eficientes que priorizan la función que aceleran la etapa de acabado y brindan más resultados en un factor de forma más pequeño.
Colectores (líquido, gas y vapor)
La captura de carbono es un proceso químico que involucra la combinación de fluidos y gases con química, temperatura y presión. Los manifolds tienen muchas aplicaciones en la captura de carbono, desde la entrega de productos químicos a las cámaras de proceso, hasta la distribución eficiente de refrigerante a los componentes de enfriamiento activo, como los intercambiadores de calor y las aplicaciones generales de distribución de gas. Lo que hace que la producción de estas piezas sea un desafío no es el requisito de resistencia química o materiales especiales de grado aeroespacial, sino la necesidad de mantener la igualación de presión en las muchas líneas secundarias e incluso transferir fluidos a través de la cámara de proceso. La ramificación eficiente de uno a muchos y el flujo de fluido uniforme, junto con las limitaciones de espacio y ensamblaje, es un problema geométrico en el que la fabricación aditiva tiene ventajas únicas, y las industrias aeroespacial, de defensa y de semiconductores ahora están adoptando la tecnología. La adopción generalizada es una prueba. .
La posibilidad de que podamos respirar más tranquilos en el futuro
La captura directa de aire y el refinado son tecnologías clave para mejorar los niveles de carbono atmosférico, y la fabricación aditiva actualmente está haciendo que la tecnología sea significativamente más eficiente. En este sentido, el líder principal de soluciones de 3D Systems dijo: "3D Systems y AirCapture han recorrido un largo camino en su colaboración al aprovechar la fabricación aditiva para iterar y crear rápidamente componentes producibles. Las geometrías de alta eficiencia aplicadas a la pila de procesos y el intercambio de calor aumentan capturar la eficiencia al tiempo que reduce el factor de forma y el espacio ocupado, lo que hace que la tecnología sea fácil de instalar y, en última instancia, expandirse. Con una mayor adopción de técnicas de fabricación y herramientas de diseño avanzadas, creemos que es más fácil comprender que el clima aún puede ser cómodo y habitable para las generaciones futuras".