21 世紀に入って 20 年以上が経過した現在、気候変動への取り組みの重要性は加速しています。 国連ネット・ゼロ連合の提案によると、2050 年パリ協定は、地球温暖化を 1.5 度未満に保ち、住みやすい気候を保証するために、10 年以内に大幅な排出削減が必要であることを強調しています。 これを達成するために、重工業メーカーは急速にビジネスを構築し、多額の投資を行っていますが、テクノロジーの新興企業は新しいソリューションを作成しています。 この問題を解決するための産業メーカーによる投資と、新しいテクノロジー企業による新しいソリューションの作成にもかかわらず、世界的な目標は依然として達成されていません。
炭素回収の中心にあるのは、いくつかの比較的単純な化学反応です。 炭素回収および再生システムは、高炭素燃料を消費したり、大気中により多くの炭素を放出したりすることによって問題を悪化させないように、非常に効率的に動作する必要があります。 言い換えれば、反応を生成するために使用する炭素は、捕獲されるよりもはるかに少なくしながら、できるだけ多くの炭素を捕獲する必要があります。 理想的には、目標はゼロ炭素インプットと引き換えにアウトプットとして無制限の炭素回収を行うことです。
この問題を解決するには、カーボンネガティブなインフラが必要です。 CO2 排出量を削減するための最も効率的、効果的、かつスケーラブルな方法は、直接空気回収 (DAC) を使用することです。 直接空気回収は、二酸化炭素を空気から分離して、経済的に必要な製品 (農産物、建材、燃料、プラスチック、化学薬品など) を作り出す技術です。 DAC はまた、隔離 -- 建設的な目的で CO2 を貯留する能力 -- を可能にし、脅威を機会に変えます。
アディティブ マニュファクチャリングのメリット
大気から炭素を除去するには、フィルター、熱交換器、凝縮器、ガス分離器、および圧縮機のシステムが必要です。 これらの複雑な部品の多くは、積層造形に適した形状を必要とします。積層造形は、従来の製造方法よりも効率的で潜在的に費用対効果が高く、DAC デバイスに実質的な性能と経済的利益をもたらします。
エネルギー効率のための設計の最適化。 アディティブ マニュファクチャリングの設計最適化機能をこれらの炭素回収および利用システムに適用すると、パフォーマンスと効率が劇的に向上し、エネルギー損失に近づく可能性があります。
デザインの自由。 ラピッド プロトタイピング製造は、大気中の炭素を効率的に捕捉して処理し、それを何か有用なことに使用するために必要な新しい構造を表現する設計を自由にします。
パフォーマンス。 耐熱性、耐腐食性、高熱伝導率を備えた一連の合金を製造できます。
拡張性。 現場での機器に対する高い需要をサポートするために、スケーラブルな製造により迅速に提供されます。
サプライチェーンの効率。 コンポーネントの統合と全体的な設計により、品質とサプライ チェーンの合理化が可能になります。 単一のコンポーネントを生産するために全国の複数のサプライヤーを使用することによる二酸化炭素排出量を無視することはできません。
アディティブ マニュファクチャリングは、このような原子炉の製造に関するすべての要件を満たし、炭素回収のさまざまなニーズに対応するアプリケーションを可能にします。
マイクロタービン設備
マイクロタービンは、発電を含むさまざまな産業における新しい技術です。 それらは、エネルギー/二酸化炭素排出量を最小限に抑えながら、小さなフォームファクタで高圧で効率的なガスおよび流体の供給を提供する機会を提供します。 炭素回収の効率は、一般的な発電の効率と非常に似ており、生産とエネルギー投入の関数です。
高性能、信頼性の高い空気圧縮、およびシステム圧力の安定性は、現在、そしてさらに重要なことに、将来の炭素回収システムの機能にとって重要です。 産業用炭素回収システムがより多くの商用ユニットと分散型の生産と運用に移行するにつれて、新しいコンパクトなタービン技術を利用して高効率で小規模な運用を可能にすることがさらに重要になります。
Mメカニカルフィルター
炭素捕捉の重要な部分は、通常、炭素を引き寄せるアミンでコーティングされた、構造化された機械的フィルターで最初に炭素を「捕捉」することです。 空気は、「直接空気接触」段階である第 1 段階を通じてシステムに引き込まれます。 空気と直接接触するフィルターの効率は、入ってくる空気とフィルター表面の間の接触を最大にするフィルター構造によって最大化できます。 アディティブ マニュファクチャリングにより、このフィルターの機能第一の設計が可能になり、高レベルの乱流と混合、および最大の空気接触のための高表面積を引き起こすことができます。
H交換を食べる
廃熱は、炭素回収における一般的な問題です。 最初の直接空気接触段階で捕捉された炭素は、機械フィルターから下流の精製段階に排出する必要があります。 この技術の多くの実施形態では、これは、加圧蒸気でフィルターから炭素を放出することによって達成される。 熱交換器は、蒸気発生プロセスから残留熱を除去するために使用でき、より一般的には下流でフィルター段階を出る炭素が豊富な蒸気の温度を下げるために使用できます。 さらに、下流の蒸留および精製ステップと組み合わせた新しい熱交換戦略により、プロセスを一定の温度に保ち、化学反応を維持し、出力炭素製品を生成します。
拡散板
拡散板は、一般的に化学処理で大量の気体または液体を取り、それを混合するために使用されます。 流体拡散は、光コリメーションの概念のように機能します。これは、光源を取り、光が平行なビーム経路で拡散するようにエネルギーを編成します。 ディフューザー プレートは、庭のホースのスプリンクラー ヘッドに非常に似ており、混沌とした液体を構造化された均一な流れに流します。 液体拡散プレートは、プロセス スタックの重要な部分であり、炭素が豊富な流体が通過する際に均一な流れと処理を保証します。
アディティブ マニュファクチャリングにより、主にディフューザー プレートの形状だけでなく、ディフューザー ノズルの形状を実装する設計の複雑さによって、大量のディフューザー プレートが高効率の液体分散を実現できます。 航空宇宙燃料ノズルの設計や半導体資本設備のスプリンクラー アプリケーションから概念を借用すると、付加的に製造されたディフューザー プレートは、純粋な機械加工よりも 20 倍速く製造できます。
クーラーと蒸留器
ろ過段階から出てくる炭素が豊富な製品は「汚れた」と見なすことができ、使用する前にさらに処理する必要があります。 このダーティ カーボンの再処理は、スタンドアロン システムの外で行うことができますが、それは、ダーティ カーボン製品を収集して二次再処理施設に輸送するロジスティクス中に、より多くのカーボンが生成されることを意味します。 最も価値があり有望な炭素回収システムは、炭素回収システムの出力がクリーンで使用可能な炭素製品と安全な水ベースの副産物を含むように、統合されたダーティーカーボン製品の再処理をある程度備えています。
統合された冷却装置を備えた蒸留器と熱交換器を含む精製塔は、伝統的に組み立てが比較的複雑であり、数十の板金シェルとステージ (最大で数百ヤードのエルボー)、および数十のフランジ、フィッティング、マニホールドが含まれる場合があります。機械加工または鋳造。 これらすべてを調達して組み立てる必要があり、部品を製造して組み立てるだけで、全体的な炭素排出量と汚染がさらに増加します。
アディティブ マニュファクチャリングにより、幅広いコンポーネントの統合と全体的な設計が可能になり、サプライ チェーンの大幅な統合と合理化が可能になります。 また、機能優先の効率的な設計を可能にし、仕上げ段階を高速化し、より小さなフォーム ファクターでより多くの出力を提供します。
マニホールド（液体、気体、蒸気）
炭素回収は、流体と気体を化学、温度、および圧力と組み合わせて行う化学プロセスです。 マニホールドには、プロセス チャンバーへの化学薬品の供給から、熱交換器などのアクティブな冷却コンポーネントへの冷却剤の効率的な分配、および一般的なガス分配アプリケーションまで、炭素回収において多くの用途があります。 これらの部品の製造を困難にしているのは、耐薬品性や特別な航空宇宙グレードの材料の要件ではなく、多くの分岐ラインで圧力の均等化を維持し、プロセス チャンバーを介して流体を移送する必要があることです。 効率的な 1 対多の分岐と均一な流体の流れは、スペースとアセンブリの制約と相まって、幾何学的な問題であり、アディティブ マニュファクチャリングには独自の利点があり、航空宇宙、防衛、半導体産業は現在、この技術を採用しています。広く採用されていることが証明されています。 .
将来、呼吸が楽になる可能性
直接的な空気の回収と精製は、大気中の炭素レベルを改善するための重要な技術であり、現在、積層造形によってこの技術が大幅に効率化されています。 この点に関して、3D Systems のプリンシパル ソリューション リーダーは次のように述べています。フォームファクターとフットプリントを削減しながら効率を確保し、テクノロジーを簡単にインストールして最終的に拡張できるようにします.高度な製造技術と設計ツールをさらに採用することで、気候が将来の世代にとって依然として快適で住みやすいかもしれないことをより簡単に理解できると信じています.」