Recarbon利用3D打印生產(chǎn)等離子碳反應(yīng)器，為清潔能源提供新的解決方案
時(shí)間：2024-01-02 09:34 來(lái)源：南極熊 作者：admin 閱讀：次
導(dǎo)讀：毫無(wú)疑問(wèn)，我們這個(gè)時(shí)代最緊迫的問(wèn)題之一是氣候變化。正如許多科學(xué)家所說(shuō)，解決這個(gè)問(wèn)題的關(guān)鍵是限制我們對(duì)化石燃料的消耗，并最終減少排放到大氣中的溫室氣體量。一種解決方案是轉(zhuǎn)向可再生能源，例如風(fēng)能和太陽(yáng)能。然而，還有另一個(gè)緊迫的問(wèn)題：只要我們?nèi)栽陂_(kāi)采和使用化石燃料，我們?nèi)绾螠p輕這些資源對(duì)地球的影響？總部位于加利福尼亞州的
ReCarbon希望利用3D 打印來(lái)推進(jìn)內(nèi)部研發(fā)進(jìn)程，從而回答這個(gè)問(wèn)題。
這家總部位于加利福尼亞州的公司由等離子體物理學(xué)家 Jay Kim 于 2011
年創(chuàng)立，該公司開(kāi)發(fā)了一種解決方案：可將等離子體碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳和甲烷等溫室氣體轉(zhuǎn)化為清潔能源。正如Jay所說(shuō)：該公司正在“在現(xiàn)在只有污染的地方創(chuàng)造循環(huán)”。事實(shí)證明，該公司的創(chuàng)新解決方案很大程度上歸功于增材制造，因?yàn)樵摷夹g(shù)使ReCarbon
工程師能夠自由地探索新概念并優(yōu)化其系統(tǒng)。
ReCarbon 的 PCCU 技術(shù)
ReCarbon 研發(fā)高級(jí)機(jī)械工程師Paul Hichwa介紹該公司時(shí)表示：“ReCarbon
是一家碳利用公司，將二氧化碳 (CO2) 和甲烷 (CH4)
等溫室氣體轉(zhuǎn)化為清潔燃料和產(chǎn)品。我們的使命是通過(guò)將廢物排放轉(zhuǎn)化為甲醇、乙醇、氫氣、可持續(xù)航空燃料（SAF）等有價(jià)值的低碳產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)難以減少的碳排放行業(yè)和生物源的脫碳。”
該轉(zhuǎn)化過(guò)程由該公司的等離子碳轉(zhuǎn)化裝置 (PCCU) 實(shí)現(xiàn)，這是一個(gè)模塊化、可擴(kuò)展的系統(tǒng)，每單位每天可生產(chǎn)高達(dá) 900 公斤的氫氣。Hichwa 詳細(xì)闡述了 ReCarbon 技術(shù)的工作原理：“等離子碳轉(zhuǎn)化裝置使用 ReCarbon 專有的浮動(dòng)微波等離子體技術(shù)來(lái)打破溫室氣體的鍵，從而制造清潔燃料和產(chǎn)品。等離子體將二氧化碳和甲烷轉(zhuǎn)化為氫氣和一氧化碳，稱為合成氣。這一切都是在沒(méi)有催化劑的情況下完成的，并且可以由可再生電力提供動(dòng)力。”
Hichwa 表示，這項(xiàng)技術(shù)可以使許多行業(yè)受益，特別是那些旨在“實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)脫碳并創(chuàng)造低碳燃料和氣候積極產(chǎn)品”的碳排放行業(yè)。這些產(chǎn)品包括低碳和無(wú)碳乙醇、沼氣中的清潔氫氣、用于海運(yùn)業(yè)的綠色甲醇和用于航空業(yè)的 SAF。
等離子碳轉(zhuǎn)換裝置 (PCCU) 是ReCarbon 的溫室氣體處理系統(tǒng)。PCCU 將碳排放轉(zhuǎn)化為氫氣和合成氣，用于化學(xué)品、燃料和能源等產(chǎn)品。例如，在標(biāo)準(zhǔn) 40 英尺集裝箱中配置 70 個(gè)排放葉片，每個(gè) PCCU 模塊每天可生產(chǎn)高達(dá) 900 公斤的氫氣。
增材制造在研發(fā)中的作用
在
ReCarbon，增材制造已成為其研發(fā)和生產(chǎn)流程中不可或缺的一部分。其一，增材制造的應(yīng)用使ReCarbon團(tuán)隊(duì)能夠建立敏捷的開(kāi)發(fā)和測(cè)試工作流程，為公司節(jié)省了大量的技術(shù)開(kāi)發(fā)時(shí)間和金錢。另一方面，增材制造開(kāi)啟了新的設(shè)計(jì)可能性，這是使用傳統(tǒng)制造工藝不可能實(shí)現(xiàn)的。
Hichwa 說(shuō)“我們正在不斷開(kāi)發(fā)和推進(jìn)我們的技術(shù)。為此，我們依靠能夠明確我們方向并加速研發(fā)的技術(shù)。這需要快速迭代的測(cè)試范例。我們使用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué) (CFD) 來(lái)指導(dǎo)概念構(gòu)思；使用高溫合金的增材制造來(lái)增強(qiáng)我們內(nèi)部的制造和加工流程，以生產(chǎn)新的反應(yīng)堆設(shè)計(jì)；以及我們定制的、可配置的測(cè)試站，用于收集數(shù)據(jù)并評(píng)估新設(shè)計(jì)的性能。”
△ReCarbon創(chuàng)新的核心是 Emission Blade——一種獲得專利的微波等離子體發(fā)生設(shè)備，具有可靠性、高吞吐量和能源效率。
如果ReCarbon公司不在其開(kāi)發(fā)周期中使用增材制造，那么它將面臨數(shù)周的時(shí)間安排，并且每一步都可能出現(xiàn)延遲。正如
Hichwa
解釋的那樣，使用傳統(tǒng)制造工藝的典型原型制作過(guò)程需要一到四個(gè)星期的時(shí)間來(lái)采購(gòu)材料，需要兩到四個(gè)星期的時(shí)間將材料發(fā)送到機(jī)械車間，還需要兩到四個(gè)星期的時(shí)間進(jìn)行后處理。然而，通過(guò)內(nèi)部
3D
打印，可在短短一周內(nèi)生產(chǎn)出可供測(cè)試的零件。他說(shuō)：“這是一個(gè)巨大的減少，我們絕對(duì)需要擴(kuò)大規(guī)模。這讓我們的團(tuán)隊(duì)可以自由地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、測(cè)試和快速學(xué)習(xí)�！�
優(yōu)化反應(yīng)器設(shè)計(jì)
除了使用增材制造來(lái)加速測(cè)試零件的原型設(shè)計(jì)之外，ReCarbon
還利用該技術(shù)的設(shè)計(jì)自由度來(lái)優(yōu)化其反應(yīng)器中的關(guān)鍵組件。Hichwa
說(shuō)：“增材制造通過(guò)關(guān)鍵部件的新幾何形狀實(shí)現(xiàn)了更穩(wěn)健和優(yōu)化的設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的減材制造在可以輕松且經(jīng)濟(jì)高效地生產(chǎn)的幾何形狀方面存在局限性�！�
例如，借助金屬增材制造，ReCarbon 能夠重新設(shè)計(jì)和整合其反應(yīng)器中的關(guān)鍵部件。該零件之前由五個(gè)定制加工件組成，必須焊接在一起�，F(xiàn)在，該零件可以打印成單件，并受益于優(yōu)化的幾何形狀。
相關(guān)反應(yīng)器組件是在 ReCarbon 的內(nèi)部EOS M 290 機(jī)器上使用 EOS NickelAlloy
HX 打印的，EOS NickelAlloy HX 是一種能夠承受 1200°C 溫度的鎳鉻鐵鉬高溫合金。正如 Hichwa
總結(jié)的那樣，ReCarbon
在這種情況下使用增材制造“降低了總體組件成本，通過(guò)減少流程和組件數(shù)量來(lái)降低有缺陷零件的風(fēng)險(xiǎn)，降低了我們的供應(yīng)鏈復(fù)雜性并增加了該組件的可操作范圍。”
ReCarbon 的解決方案正在實(shí)施
ReCarbon的PCCU技術(shù)無(wú)疑具有改善碳排放的潛力，特別是對(duì)于鋼鐵、化工和水泥制造等因溫室氣體排放而臭名昭著的行業(yè)。據(jù) Hichwa 稱，該公司已經(jīng)引起了這些行業(yè)以及科技行業(yè)和清潔燃料供應(yīng)商的濃厚興趣。
他補(bǔ)充道：“技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者很感興趣，因?yàn)樗麄兿Ｍ麑?shí)現(xiàn)雄心勃勃的碳減排目標(biāo)。我們的技術(shù)可以幫助他們實(shí)現(xiàn)在供應(yīng)鏈中創(chuàng)造循環(huán)的雄心。隨著我們不斷擴(kuò)大我們的合作伙伴和合作者網(wǎng)絡(luò)，并建立廢物轉(zhuǎn)化為低碳和無(wú)碳產(chǎn)品的生態(tài)系統(tǒng)，清潔燃料和產(chǎn)品的大型購(gòu)買者也表現(xiàn)出了極大的興趣。”
ReCarbon 已經(jīng)完成了其可擴(kuò)展PCCU 技術(shù)的三個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目，并于最近將該解決方案商業(yè)化。事實(shí)上，2022 年，該公司與石油勘探和生產(chǎn)公司 Woodside Energy 合作推出了一個(gè)旗艦商業(yè)項(xiàng)目。
Hichwa 解釋道：“這個(gè)旗艦項(xiàng)目展示了 ReCarbon
對(duì)于擁有雄心勃勃的碳減排目標(biāo)的公司的價(jià)值，即部署技術(shù)以實(shí)現(xiàn)經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的碳減排。ReCarbon
還與美國(guó)、日本和韓國(guó)的公司合作，尋求對(duì)化學(xué)工藝、發(fā)電廠和生物廢物源（例如垃圾填埋場(chǎng)、廢水處理廠和有機(jī)廢物轉(zhuǎn)移設(shè)施）進(jìn)行脫碳，以生產(chǎn)清潔、低碳和無(wú)碳的產(chǎn)品燃料和產(chǎn)品�！�
最終，ReCarbon 在開(kāi)發(fā)和部署PCCU 技術(shù)時(shí)將 3D
打印視為重要的解決方案。Hichwa總結(jié)道：“增材制造不僅可以通過(guò)快速原型制作減少研發(fā)所需的時(shí)間，而且還有可能成為我們更多下一代設(shè)備的主要制造方法。這將縮短和簡(jiǎn)化我們的供應(yīng)鏈，減少零件數(shù)量和復(fù)雜性，并提高工廠設(shè)備的可維護(hù)性。”
(責(zé)任編輯：admin)
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