이제 20년이 넘은 21세기에 접어들면서 기후변화 대응의 중요성이 더욱 커지고 있습니다. UN Net Zero Coalition에서 제안한 대로: 2050년 파리 협정은 지구 온난화를 1.5도 미만으로 유지하고 살기 좋은 기후를 보장하기 위해 10년 이내에 상당한 배출량 감소의 필요성을 강조합니다. 이를 달성하기 위해 중공업 제조업체는 빠르게 비즈니스를 구축하고 막대한 투자를 하고 있으며, 기술 스타트업은 새로운 솔루션을 개발하고 있습니다. 문제를 해결하기 위한 산업 제조업체의 투자와 신기술 기업의 새로운 솔루션 창출에도 불구하고 글로벌 목표는 여전히 달성되지 않고 있습니다.
탄소 포집의 핵심에는 몇 가지 비교적 간단한 화학 반응이 있습니다. 모든 탄소 포집 및 재생 시스템은 고탄소 연료를 소비하거나 대기 중으로 더 많은 탄소를 방출하여 문제를 악화시키지 않도록 극도의 효율성으로 작동해야 합니다. 다시 말해서, 포획된 것보다 반응을 생성하기 위해 훨씬 적은 탄소를 사용하면서 가능한 한 많은 탄소를 포획해야 합니다. 이상적으로 목표는 탄소 투입 제로를 산출물로서 무제한 탄소 회수로 교환하는 것입니다.
이 문제를 해결하기 위해서는 탄소배출형 인프라가 필요합니다. CO2 배출량을 줄이는 데 도움이 되는 가장 효율적이고 효과적이고 확장 가능한 방법은 직접 공기 포집(DAC)을 사용하는 것입니다. 직접 공기 포집은 공기에서 이산화탄소를 분리하여 농산물, 건축 자재, 연료, 플라스틱 및 화학 물질과 같은 경제적으로 필요한 제품을 만드는 기술입니다. DAC는 또한 격리를 가능하게 하여 -- 건설적인 목적으로 CO2를 저장하는 기능을 -- 위협에서 기회로 전환합니다.
적층 제조의 이점
대기에서 탄소를 제거하려면 필터, 열교환기, 응축기, 가스 분리기 및 압축기 시스템이 필요합니다. 이러한 복잡한 부품 중 다수는 적층 제조에 적합한 형상을 필요로 합니다. 이는 기존 제조 방법보다 더 효율적이고 잠재적으로 비용 효율적이며 DAC 장치에 상당한 성능과 경제적 이점을 제공합니다.
에너지 효율성을 위한 설계 최적화. 이러한 탄소 포집 및 활용 시스템에 적층 제조의 설계 최적화 기능을 적용하면 성능과 효율성을 극적으로 향상시켜 에너지 손실에 근접할 수 있습니다.
디자인 자유. 신속한 프로토타이핑 제조는 대기 탄소를 효율적으로 포착 및 처리하고 유용한 작업을 수행하는 데 필요한 새로운 구조를 표현할 수 있는 설계를 자유롭게 합니다.
성능. 고온 저항, 내식성 및 높은 열전도율을 가진 일련의 합금을 생산할 수 있습니다.
확장성. 현장 장비에 대한 높은 수요를 지원하기 위해 확장 가능한 제조로 신속하게 제공됩니다.
공급망 효율성. 구성 요소 통합 및 전체 디자인을 통해 품질 및 공급망을 간소화할 수 있습니다. 단일 부품을 생산하기 위해 전국의 여러 공급업체를 사용하는 탄소 발자국을 무시할 수 없습니다.
적층 제조는 이러한 반응기의 생산을 위한 모든 요구 사항을 충족하고 탄소 포집에 대한 다양한 요구 사항을 해결하는 응용 프로그램을 가능하게 합니다.
마이크로 터빈 장비
마이크로터빈은 발전을 포함한 다양한 산업에서 떠오르는 기술입니다. 그들은 최소한의 에너지/탄소 발자국으로 작은 폼 팩터에서 고압의 효율적인 가스 및 유체 전달을 제공할 수 있는 기회를 제공합니다. 탄소 포집의 효율성은 일반 발전의 효율성과 매우 유사하며 생산 및 에너지 투입의 함수입니다.
고성능, 신뢰할 수 있는 공기 압축 및 시스템 압력 안정성은 현재와 더 중요한 미래에 탄소 포집 시스템의 기능에 매우 중요합니다. 산업용 탄소 포집 시스템이 더 많은 상업적 단위와 분산된 생산 및 운영으로 이동함에 따라, 고효율, 소규모 운영을 가능하게 하는 새롭고 컴팩트한 터빈 기술을 활용하는 것이 훨씬 더 중요합니다.
M기계적 필터
탄소 포집의 핵심 부분은 일반적으로 탄소를 끌어들이는 아민으로 코팅된 구조화된 기계적 필터로 탄소를 먼저 "포집"하는 것입니다. 공기는 "직접 공기 접촉" 단계인 첫 번째 단계를 통해 시스템으로 유입됩니다. 공기와 직접 접촉하는 필터의 효율은 유입되는 공기와 필터 표면이 최대한의 접촉을 가능하게 하는 필터 구조에 의해 극대화될 수 있습니다. 적층 제조를 통해 이 필터는 높은 수준의 난류 및 혼합을 유도할 수 있는 기능 우선 설계와 최대 공기 접촉을 위한 높은 표면적을 허용합니다.
H교환기를 먹다
열 낭비는 탄소 포집에서 일반적인 문제입니다. 첫 번째 직접 공기 접촉 단계에서 포집된 탄소는 기계적 필터에서 다운스트림 정제 단계로 배출되어야 합니다. 기술의 많은 실시예에서, 이것은 가압 증기로 필터로부터 탄소를 방출함으로써 달성된다. 열교환기는 증기 생성 공정에서 잔류 열을 제거하는 데 사용할 수 있으며 일반적으로 하류에서 필터 단계를 떠나는 탄소가 풍부한 증기의 온도를 낮추는 데 사용할 수 있습니다. 또한 다운스트림 증류 및 정제 단계와 결합된 새로운 열 교환 전략은 공정을 일정한 온도로 유지하여 화학 반응을 유지하고 탄소 생성물을 생산합니다.
디퓨저 플레이트
확산판은 일반적으로 화학 공정에서 일정량의 기체 또는 액체를 취하여 혼합하는 데 사용됩니다. 유체 확산은 광원을 취하고 에너지를 조직하여 빛이 평행한 빔 경로로 확산되도록 하는 광 시준의 개념처럼 작동합니다. 디퓨저 플레이트는 정원 호스의 스프링클러 헤드와 매우 유사하며 혼란스러운 액체를 구조화된 균일한 흐름으로 흐릅니다. 액체 확산판은 탄소가 풍부한 유체가 흐를 때 균일한 흐름과 처리를 보장하는 공정 스택의 중요한 부분입니다.
적층 제조를 통해 대용량 확산판은 주로 확산판 모양 구현의 설계 복잡성뿐만 아니라 확산기 노즐 모양을 통해 고효율 액체 분산을 제공할 수 있습니다. 항공우주 연료 노즐 설계 및 반도체 자본 장비 스프링클러 응용 분야에서 개념을 차용하여 적층 제조된 확산판은 순수 기계 가공보다 20배 빠르게 제조할 수 있습니다.
쿨러 및 스틸
여과 단계에서 나오는 탄소가 풍부한 제품은 "더러운" 것으로 간주될 수 있으며 사용하기 전에 추가 처리가 필요합니다. 이러한 더티카본 재처리는 독립형 시스템 외부에서 수행할 수 있지만, 이는 더티 카본 제품을 2차 재처리 시설로 수집하여 운송하는 물류 과정에서 더 많은 탄소가 발생한다는 것을 의미합니다. 가장 가치 있고 유망한 탄소 포집 시스템은 탄소 포집 시스템의 출력이 깨끗하고 사용 가능한 탄소 제품과 안전한 수성 부산물을 포함하도록 어느 정도 통합된 더러운 탄소 제품 재처리를 가지고 있습니다.
냉각 기능이 통합된 스틸 및 열교환기를 포함한 정유 타워는 전통적으로 수십 개의 판금 쉘 및 스테이지(최대 수백 야드의 엘보우)와 함께 수십 개의 플랜지, 피팅, 매니폴드를 포함하여 조립하기가 상대적으로 복잡합니다. 가공 또는 주조. 이 모든 것을 소싱하고 조립해야 하므로 부품을 만들고 조립하는 것만으로도 집단 탄소 배출량과 오염이 증가합니다.
적층 제조는 광범위한 구성 요소 통합 및 전체 설계를 가능하게 하여 공급망의 상당한 통합 및 합리화를 가능하게 합니다. 또한 마감 단계를 가속화하고 더 작은 폼 팩터에서 더 많은 출력을 제공하는 기능 우선의 효율적인 설계를 가능하게 합니다.
매니폴드(액체, 기체 및 증기)
탄소 포집은 화학, 온도 및 압력과 함께 유체 및 기체의 조합을 포함하는 화학 공정입니다. 매니폴드는 화학 물질을 공정 챔버로 전달하는 것부터 열 교환기와 같은 능동 냉각 구성 요소에 효율적으로 분배하는 것, 일반 가스 분배 애플리케이션에 이르기까지 탄소 포집에 많은 애플리케이션이 있습니다. 이러한 부품의 생산을 어렵게 만드는 것은 내화학성 또는 특수 항공우주 등급 재료에 대한 요구 사항이 아니라 많은 분기 라인에서 압력 균등화를 유지하고 프로세스 챔버를 통해 유체를 전달해야 하는 필요성 때문입니다. 효율적인 일대다 분기 및 균일한 유체 흐름과 공간 및 조립 제약 조건이 결합된 기하학적 문제는 적층 제조가 고유한 이점을 가지고 있으며 항공 우주, 방위 및 반도체 산업에서 현재 이 기술을 채택하고 있는 기하학적 문제입니다. .
앞으로 더 쉽게 숨을 쉴 수 있는 가능성
직접 공기 포집 및 정제는 대기 탄소 수준을 개선하기 위한 핵심 기술이며 적층 제조는 현재 이 기술을 훨씬 더 효율적으로 만들고 있습니다. 이와 관련하여 3D Systems의 주요 솔루션 리더는 다음과 같이 말했습니다: "3D Systems와 AirCapture는 적층 제조를 활용하여 생산 가능한 구성 요소를 신속하게 반복하고 생성함으로써 협력에서 먼 길을 왔습니다. 프로세스 스택 및 열교환에 적용된 고효율 형상이 증가합니다. "효율성을 확보하면서 폼 팩터와 설치 공간을 줄여 기술을 쉽게 설치하고 궁극적으로 확장할 수 있습니다. 고급 제조 기술과 설계 도구를 추가로 채택함으로써 기후가 미래 세대를 위해 여전히 편안하고 살기 좋을 수 있다는 것을 이해하는 것이 더 쉬울 것이라고 믿습니다."