El papel de la fabricación aditiva en la lucha contra el cambio climático
Han pasado más de 20 años desde el comienzo de este siglo, y la importancia de abordar el cambio climático se ha vuelto cada vez más prominente. Como destacó la International Net Zero Coalition, el Acuerdo de París subraya la necesidad de reducir significativamente las emisiones en una década para limitar el calentamiento global a 1,5 °C y mantener un clima habitable. Para llegar allí, los grandes fabricantes están haciendo grandes inversiones, mientras que las empresas tecnológicas jóvenes están creando nuevas soluciones. A pesar de los esfuerzos de las empresas industriales para abordar el problema y las soluciones innovadoras desarrolladas por las nuevas empresas tecnológicas, la meta global no se ha logrado.
La recolección de carbono se basa en reacciones químicas relativamente simples. Cada sistema de captura y recuperación de carbono debe operar con extrema eficiencia para evitar exacerbar el fenómeno al consumir combustibles pesados en carbono o liberar más carbono a la atmósfera. En otras palabras, para lograr el efecto deseado, necesitamos capturar la mayor cantidad de carbono posible mientras nos aseguramos de que nuestras emisiones estén muy por debajo de la cantidad que capturamos. Lo ideal sería no emitir nada de carbono para que pueda reciclarse en cantidades ilimitadas.
Frente a este problema, debemos construir una infraestructura de carbono negativo. La forma más eficiente y escalable de reducir las emisiones de dióxido de carbono 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 producir productos económicamente deseables, como productos agrícolas, materiales de construcción, combustibles, plásticos y productos químicos. Los DAC también pueden secuestrar dióxido de carbono para almacenarlo con fines constructivos, convirtiendo las amenazas en oportunidades.
Las ventajas de la fabricación aditiva
La eliminación de carbono de la atmósfera depende de sistemas de filtros, intercambiadores de calor, condensadores, separadores de gas y compresores. Muchas de estas piezas complejas utilizan geometrías que son adecuadas para la fabricación aditiva. Esto proporciona una solución más eficiente y potencialmente más rentable que los métodos de fabricación tradicionales, y brinda a los dispositivos DAC un rendimiento y beneficios económicos considerables:
- Optimización del diseño para la eficiencia energética: Al servir estos sistemas de captura y uso de carbono con las capacidades de optimización de diseño que ofrece la fabricación aditiva, el rendimiento y la eficiencia se pueden mejorar significativamente y sin pérdidas de energía.
- Libertad de diseño: La fabricación aditiva permite que los diseños expresen las arquitecturas innovadoras necesarias para capturar y procesar de manera eficiente el carbono atmosférico y convertirlo en algo útil.
- Actuación: Se puede producir en una gama de aleaciones resistentes a altas temperaturas y a la corrosión, al mismo tiempo que ofrece una alta conductividad térmica.
- Extensibilidad: Capacidad para escalar rápidamente la fabricación para satisfacer la gran cantidad de necesidades de equipos en el campo.
- Eficiencia de la cadena de suministro: La integración de piezas y el diseño general ayuda a construir una cadena de suministro más racional y de alta calidad. No podemos ignorar la huella de carbono de múltiples proveedores en el país involucrados en la producción de un solo componente.
La fabricación aditiva cumple con todos los requisitos asociados con la producción de este tipo de reactores y se puede adaptar para aplicaciones que satisfagan diferentes necesidades de captura de carbono.
Equipo de microturbina
La tecnología de microturbinas se utiliza cada vez más en varios campos, especialmente en el campo de la generación de energía. Las microturbinas pueden transportar gases y fluidos a alta presión y eficiencia mientras ocupan muy poco espacio y producen una huella de carbono/energía mínima. En la captura de carbono, la eficiencia se basa en el mismo principio que la producción general de electricidad, es decir, depende de la relación entre la producción y la energía consumida.
El alto rendimiento, la confiabilidad, la compresión de aire y la estabilidad de la presión del sistema son fundamentales para el funcionamiento de los sistemas de captura de carbono actuales y, lo que es más importante, para los sistemas de captura de carbono del futuro. Con la creciente comercialización de sistemas industriales de captura de carbono, frente a la generación y operación distribuida, es más importante utilizar tecnología de turbina innovadora y compacta para lograr una operación eficiente en sistemas que ahorran espacio.
filtro mecanico
La captura de carbono implica principalmente “capturar” carbono con filtros mecánicos estructurados, generalmente recubiertos con aminas que atraen carbono. Primero, el aire ingresa al sistema durante la fase inicial de “contacto directo con el aire”. La eficacia de los filtros de contacto directo con el aire se puede optimizar mediante una construcción de filtro que permita el máximo contacto entre el aire entrante y la superficie del filtro. La fabricación aditiva permite diseñar estos filtros priorizando su función, induciendo altos niveles de turbulencia y mezcla, y creando grandes superficies para un contacto óptimo con el aire.
Los valores típicos están en juego. La pregunta es: ¿cómo obtener el área máxima con la mínima pérdida de presión?
El desperdicio de calor es un problema común en la captura de carbono. El carbón recolectado en la etapa inicial de contacto directo con el aire debe ser descargado del filtro mecánico a la etapa de refinación aguas abajo. En muchos usos de esta tecnología, la aplicación de vapor presurizado libera carbono del filtro. Los intercambiadores de calor se pueden utilizar para eliminar el exceso de calor del proceso de generación de vapor y, más comúnmente, para reducir la temperatura del vapor rico en carbono que sale del filtro aguas abajo. Además, las nuevas estrategias de intercambio de calor están asociadas con los pasos posteriores de destilación y refinación para mantener el proceso a una temperatura estable para mantener las reacciones químicas y producir carbono.
Placa difusora
Las placas difusoras se utilizan a menudo en el procesamiento químico para absorber un volumen de gas o fluido y taparlo. La dispersión de fluidos funciona como la colimación de la luz, toma una fuente de luz y organiza la energía para que la luz se difunda en un haz paralelo. Las placas difusoras son muy similares a las boquillas de las mangueras de jardín, lo que permite un flujo estructurado y uniforme a partir de flujos caóticos. Las placas de difusión de líquidos son una parte importante de la pila del proceso para garantizar un flujo y una manipulación uniformes de los fluidos ricos en carbono a medida que circulan por el proceso.
La fabricación aditiva permite que las placas difusoras grandes difundan fluidos de manera eficiente, principalmente mediante la fabricación de placas difusoras y boquillas de formas complejas. Inspirada en el concepto de boquillas de combustible utilizadas en aplicaciones de cabezales rociadores en equipos aeroespaciales y de fabricación de semiconductores, la fabricación aditiva permite que las placas difusoras se procesen 20 veces más rápido que individualmente.
Neveras y alambiques
El producto rico en carbono obtenido al final de la etapa de filtración se puede considerar “sucio” y requiere un procesamiento adicional antes de que pueda utilizarse. Este reprocesamiento de carbono sucio se puede realizar de forma 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 interesantes y prometedores combinan cierto grado de tratamiento posterior de productos de carbono sucios y hacen que los sistemas de captura de carbono emitan productos y subproductos de carbono limpios que son utilizables. A base de agua, inofensivo.
Las columnas de refinería pueden incluir alambiques con enfriadores e intercambiadores de calor integrados y, a menudo, son relativamente complejos de ensamblar. Tienen docenas de cubiertas y capas de chapa metálica (curvas de hasta cientos de metros) y docenas de bridas, accesorios y cabezales que se pueden mecanizar o moldear. La necesidad de comprar y ensamblar estos artículos se suma a las emisiones colectivas de carbono y la contaminación causada por la simple fabricación y ensamblaje de las piezas.
La fabricación aditiva puede agilizar la cadena de suministro en gran medida al integrar piezas en un bloque. También permite un diseño eficiente orientado a funciones, lo que da como resultado etapas de refinado más rápidas y un mayor rendimiento con sistemas más compactos.
Colectores (Líquido, Gas y Vapor)
La recolección de carbono es un proceso químico que involucra fluidos y gases, así como parámetros químicos, de temperatura y presión. Los colectores en la captura de carbono se utilizan en numerosas aplicaciones que van desde el transporte de productos químicos en cámaras de proceso hasta la distribución eficiente de refrigerantes, componentes de refrigeración activos como intercambiadores de calor y aplicaciones generales de distribución de gases.
Lo que hace que estos componentes sean difíciles de producir no son tanto los requisitos que deben cumplir en términos de resistencia química o materiales aeroespaciales especiales, sino la necesidad de obtener la misma presión en múltiples líneas de producción, incluso…
