İçinde bulunduğumuz yüzyılın başlangıcından bu yana 20 yılı aşkın bir süre geçtiği için iklim değişikliğiyle mücadelenin önemi giderek artıyor. Paris Anlaşması, Birleşmiş Milletler Net Sıfır Emisyon Koalisyonu tarafından vurgulandığı gibi, küresel ısınmayı 1,5°C ile sınırlamak ve yaşanabilir bir iklimi korumak için on yıl içinde emisyonları keskin bir şekilde azaltma ihtiyacının altını çizdi. Bunu başarmak için büyük üreticiler büyük yatırımlar yapıyor ve genç teknoloji şirketleri yeni çözümler üretiyor. Sanayi şirketlerinin bu sorunu çözme çabalarına ve teknoloji start-up’larının geliştirdiği yenilikçi çözümlere rağmen küresel hedeflere ulaşılamıyor.
Karbon toplama nispeten basit kimyasal reaksiyonlara dayanır. Her karbon toplama ve geri kazanım sistemi, karbon ağırlıklı yakıtlar tüketerek veya atmosfere daha fazla karbon salarak durumu daha da kötüleştirmemek için aşırı verimlilikle çalışmalıdır. Başka bir deyişle, istenen etkiyi elde etmek için, yakaladığımızdan çok daha az salmamızı sağlarken mümkün olduğu kadar çok karbon toplamamız gerekiyor. İdeal olanı, sınırsız miktarda geri kazanabilmek için hiç karbon salmamaktır.
Bu sorunla karşı karşıya kaldığımızda, karbon negatif bir altyapıyı devreye sokmalıyız. CO2 emisyonlarını azaltmak için en etkili ve ölçeklenebilir yöntem, Doğrudan Hava Yakalama (DAC) kullanmak olacaktır. Doğrudan hava yakalama, tarım ürünleri, yapı malzemeleri, yakıtlar, plastikler ve kimyasallar gibi ekonominin ihtiyaç duyduğu ürünleri oluşturmak için CO2’yi havadan ayıran bir teknolojidir. DAC ayrıca, CO2’nin yapıcı amaçlarla depolanması ve böylece bir tehdidin fırsata dönüştürülmesi için tutulmasını mümkün kılar.
Eklemeli üretimin avantajları
Karbonun atmosferden uzaklaştırılması, bir filtre, ısı eşanjörü, kondansatör, gaz ayırıcı ve kompresör sistemine dayanır. Bu karmaşık parçaların çoğu, eklemeli imalata uygun geometriler kullanır. Bu, geleneksel üretim yöntemlerinden daha verimli ve potansiyel olarak daha uygun maliyetli bir çözüm sağlar ve DAC ekipmanında önemli performans ve ekonomik faydalar sunar:
- Enerji verimliliği için tasarım optimizasyonu: Katmanlı üretimin sağladığı tasarım optimizasyon kabiliyetini bu karbon toplama ve kullanma sistemlerinin hizmetine sunarak, performans ve verimliliği önemli ölçüde artırmak ve kayıpsız bir enerjiye yaklaşmak mümkün hale geliyor.
- Tasarım özgürlüğü: Katmanlı üretim, tasarımın atmosferden karbonu verimli bir şekilde toplamak ve işlemek ve onu faydalı bir şeye dönüştürmek için gereken yenilikçi mimariyi ifade etmesine olanak tanır.
- Verim : yüksek ısı iletkenliği sunarken yüksek sıcaklıklara ve korozyona dayanıklı bir dizi alaşımda üretim mümkündür.
- Ölçeklenebilirlik: sahadaki büyük ekipman ihtiyaçlarını karşılamak için üretimi ölçeklendirme yeteneği ile hızlı bir şekilde mümkün.
- Tedarik zinciri verimliliği: Daha rasyonel ve kaliteli bir tedarik zincirine katkıda bulunan parçaların ve monolitik tasarımın konsolidasyonu. Tek bir montaj üretmek için ülkede birden fazla tedarikçiyi dahil etmenin yarattığı karbon ayak izini göz ardı edemeyiz.
Katmanlı üretim, bu tür reaktörlerin üretimiyle ilgili tüm gereksinimleri karşılar ve farklı karbon toplama ihtiyaçlarını karşılayan uygulamalar için uygun olabilir.
Mikrotürbin ekipmanları
Mikrotürbin teknolojisi, başta elektrik üretim sektörü olmak üzere çeşitli sektörlerde giderek daha fazla kullanılmaktadır. Mikrotürbinler, az yer kaplarken ve minimum enerji/karbon ayak izi yaratırken, gaz ve sıvıları yüksek basınçta ve yüksek verimlilikle taşıyabilir. Karbon toplamada verimlilik, genel olarak elektrik üretimindekiyle aynı prensibe dayanır, yani çıktı ile tüketilen enerji arasındaki orana bağlıdır.
Yüksek performans, güvenilirlik, hava sıkıştırması ve sistem basıncı kararlılığı, bugünün ve daha da önemlisi yarının karbon toplama sistemlerinin çalışması için kritik öneme sahiptir. Eğilim, endüstriyel karbon hasat sistemlerinin artan ticarileşmesine doğru olduğu için, dağıtılmış üretim ve işletim karşısında, yerden tasarruf sağlayan bir sistemde yüksek verimli çalışmayı elde etmek için yenilikçi ve kompakt türbin teknolojisini kullanmak daha da önemlidir.
Mekanik filtreler
Karbon toplama esas olarak karbonu, genellikle onu çeken bir amin ile kaplanmış, yapılandırılmış bir mekanik filtre ile “tutmaktan” oluşur. İlk olarak, ilk “doğrudan hava teması” aşamasında hava sisteme girer. Doğrudan hava temaslı filtrenin etkinliği, gelen hava ile filtre yüzeyi arasında maksimum temas sağlayan filtre yapıları ile optimize edilebilir. Eklemeli üretim, işlevlerine öncelik vererek, yüksek düzeyde türbülans ve karıştırmaya neden olarak ve ayrıca hava ile optimum temas sağlayan geniş bir yüzey alanı üreterek bu filtreleri tasarlamayı mümkün kılar.
Tipik değerler oyunda.Sorun şu: En az basınç kaybıyla maksimum alanı nasıl elde edersiniz?
Isı israfı, karbon yakalamada yaygın bir sorundur. Hava ile doğrudan temasın ilk aşamasında toplanan karbon, mekanik filtrelerden sonraki arıtma aşamalarına boşaltılmalıdır. Teknolojinin birçok kullanımında filtreden karbonu serbest bırakan basınçlı buhar uygulamasıdır. Isı eşanjörleri, buhar üretim sürecinden fazla ısıyı uzaklaştırmak ve daha yaygın olarak, filtreden aşağı akış yönünde çıkan karbonca zengin buharın sıcaklığını azaltmak için uygulanabilir. Ek olarak, yeni ısı değişim stratejileri, kimyasal reaksiyonu sürdürmek ve karbon üretmek için işlemi sabit bir sıcaklıkta tutmak için akış aşağı damıtma ve arıtma adımlarıyla ilişkilidir.
difüzyon plakaları
Difüzyon plakaları, kimyasal işleme sırasında belirli bir hacimde gaz veya sıvı almak ve tıkamak için yaygın olarak kullanılır. Akışkan saçılması, bir ışık kaynağı alan ve enerjiyi, ışığın paralel ışınlarla dağınık bir şekilde yayılması için organize eden ışık kolimasyonuna benzer şekilde çalışır. Difüzyon plakaları, kaotik bir akıştan yapılandırılmış ve eşit bir akış sağlayan bir bahçe hortumu ağzına çok benzer. Sıvı difüzyon plakaları, süreç boyunca dolaşırken karbon açısından zengin sıvının düzgün akışını ve işlenmesini sağlamak için süreç yığınlarının önemli bileşenleridir.
Eklemeli üretim, öncelikle karmaşık şekilli difüzyon plakalarının ve nozüllerin üretilmesine izin vererek, büyük boyutlu difüzyon plakalarının sıvıyı yüksek verimlilikle dağıtmasını sağlar. Yarı iletken imalat ekipmanı sektöründe havacılık ve duş başlığı uygulamalarında kullanılan yakıt enjeksiyon nozulları konseptlerinden ilham alan eklemeli imalat, difüzyon plakalarının tek başına işlemeye göre 20 kat daha hızlı olmasını sağlar.
Soğutucular ve damıtıcılar
Filtreleme aşamasının sonunda elde edilen karbonca zengin ürün “kirli” olarak kabul edilebilir ve kullanılabilir olması için ek işleme ihtiyacı vardır. Bu kirli karbon son işlemesi bağımsız olarak yapılabilir, ancak bu, kirli karbon ürünlerinin toplanması ve ikincil son işleme tesislerine taşınması lojistiğinde daha fazla karbon üretileceği anlamına gelir. En ilginç ve gelecek vaat eden karbon toplama sistemleri, kirli karbon ürününün bir dereceye kadar sonradan işlenmesini içerir ve karbon yakalama sisteminin kullanılabilir bir temiz karbon ürünü ve bir yan ürün salmasına neden olur, su bazlı, zararsız.
Entegre soğutma ve ısı eşanjörlerine sahip imbikleri içerebilen arıtma kolonlarının montajı genellikle nispeten karmaşıktır. Yüzlerce metreye kadar bükülmüş boru tesisatı olan düzinelerce sac metal kabukları ve katmanları ve işlenebilen veya dökülebilen düzinelerce flanş, bağlantı parçası ve başlığı vardır. Bu öğeleri satın alma ve birleştirme ihtiyacı, bileşenlerin basitçe üretilmesi ve birleştirilmesinden kaynaklanan toplu karbon çıktısını ve kirliliği daha da artırır.
Katmanlı üretim, parçaları tek bir blokta birleştirmeyi ve dolayısıyla tedarik zincirini büyük ölçüde rasyonalize etmeyi mümkün kılar. Ayrıca, rafine etme aşamasını hızlandıran ve daha kompakt bir sistemden daha yüksek verim sağlayan yüksek verimli, işlev odaklı bir tasarım sağlar.
Kollektörler (sıvı, gaz ve buhar)
Karbon toplama, sıvılar ve gazların yanı sıra kimyasal, sıcaklık ve basınç parametrelerini içeren kimyasal bir süreçtir. Karbon toplama alanındaki kollektör uygulamaları, kimyasal maddelerin proses odalarında taşınmasından, soğutucunun verimli dağıtımına, ısı eşanjörleri gibi aktif soğutma bileşenlerine ve genel gaz dağıtım uygulamalarına kadar çok sayıdadır.
Bu bileşenlerin üretilmesini zorlaştıran şey, kimyasal direnç veya özel havacılık malzemeleri açısından karşılanması gereken gereksinimlerden çok, birçok hat üzerinde eşit basınca ulaşma, hatta sıvıların bir işleme odası yoluyla iletilmesi ihtiyacıdır.
Tek tip akış ve alan ve montaj kısıtlamaları ile birleştirilmiş verimli dallanma bağlantıları, havacılık, savunma ve yarı iletken üretim ekipmanlarında kullanımının kanıtladığı gibi, yalnızca eklemeli imalatın üretebileceği karmaşık geometrinin geliştirilmesini gerektirir.
Daha fazla solunabilir hava beklentisi
Atmosferdeki karbon seviyelerini düzeltebilmek için doğrudan hava yakalama ve arıtma teknolojisi gereklidir. Katmanlı üretim ayrıca verimlilikte önemli iyileştirmeler sağlar.
Şirketler, üretime hazır bileşenleri yinelemek ve hızlı bir şekilde üretmek için eklemeli üretim kullanır. Parça ayak izini azaltırken toplama verimliliğini artırmak için yığınları ve ısı değişimini işlemek için yeni bir yüksek verimli geometri kullanılır. Ortaya çıkan teknolojinin kurulumu ve boyutu daha kolaydır.
Gelişmiş üretim teknolojilerinin ve tasarım araçlarının giderek daha fazla benimsenmesi, iklimin gelecek nesiller için yumuşak ve yaşanabilir kalacağına dair sürekli bir umut veriyor.