ORNL研究人员开发出3D打印的二氧化碳吸收装置
时间:2020-08-25 09:06 来源:中国3D打印网 作者:中国3D打印网 点击:次
| 中国3D打印网8月25日讯，橡树岭国家实验室（ORNL）的科学家开发了一种新型3D打印设备，该设备能加从燃烧化石燃料中捕获的二氧化碳量。利用3D打印技术研究人员能够将热交换器和质量交换接触器结合在一起，成为多功能的CO2吸收装置。铝制设备的原位冷却能力使更多的二氧化碳从气体转移到液态，从而提高了碳的保留率。简要测试显示，通过实施ORNL团队的新组件，可以吸收多达20％的工业流程产生的二氧化碳。 该项目的首席研究员孙欣说:“在设计3D打印设备之前，由于二氧化碳填充塔的几何形状复杂，因此很难在CO2吸收塔中实现热交换器的概念，通过3D打印，质量交换器和热交换器可以共存于一个多功能的增强型设备中，控制吸收温度对于捕获二氧化碳是至关重要的。”  ORNL小组的多功能设备（如图所示）比现有的同类设备能够捕获更多的碳排放。 通过ORNL的Michelle Lehman。 吸收并减少二氧化碳排放 碳捕集与封存（CCS）是限制许多工业过程中CO2排放的重要方法，也是应对气候变化的关键武器。反过来，吸收是最便宜的CCS方法和最探索的方法，碳吸收的研究可以追溯到1960年代。 为了实施吸收策略，需要将包含二氧化碳的烟气流与与CO2具有化学亲和力的溶剂直接接触。单乙醇胺（MEA）是一种常用的溶剂，能够与二氧化碳分子键合，并且其反应使其迅速而有利地被另一种MEA分子取代。因此，MEA的吸收性使其非常适合捕获有毒物质。 考虑到CCS需要CO2扩散到整体液相中，因此也需要使气流和液体溶剂之间的接触面积最大化。扩大溶剂的表面积既可以通过开槽，规整填料，也可以通过无规填料（例如小环）来实现。结构化溶剂是CCS的最佳选择，因为它们可引导流体通过定义明确且重复的流路，从而优化吸收性。 尽管MEA洗涤是一种有据可查的方法，但由于其温度相关的降解趋势而并未得到广泛采用。在高温下，CO2的溶解度降低，这降低了其吸收能力，并限制了丰富的溶剂负载量。在高于80°C的温度下，60％至80％的二氧化碳会被解吸，这严重阻碍了MEA防止碳排放的能力。阶段间冷却被吹捧为解决MEA过热问题的解决方案。先前的研究表明，将溶剂抽出并通过热交换器可以减少因温度变化而损失的CO2量。这种非原位方法的缺点在于其复杂性的增加常常导致更高的实施成本。  ORNL研究人员（如图）使用3D打印来优化其设备的二氧化碳吸收能力。图片来自ORNL卡洛斯·琼斯（Carlos Jones）。 ORNL 3D打印冷却策略 使用3D打印，ORNL团队创建了一种将两个独立功能组合到一个阶段的设备，同时管理接触阶段和热交换。增材制造无需生产具有复杂冷却剂设计的组件，而是使研究人员能够将通道合并到包装好的设备中，而不会影响其几何形状。 ORNL小组3D使用铝印刷了他们的原型，并设计了该设备在其规整填料的波纹板之间包括嵌入式冷却剂通道。最终的多功能设备直径为20.3厘米，高度为14.6厘米，内部冷却剂通道的总体积为600毫升。“该设备可以使用其他材料制造，例如新兴的高导热聚合物和金属，”设计该组件的ORNL研究人员Lonnie Love补充说。 “随着时间的推移，诸如3D打印之类的附加制造方法通常具有成本效益，因为与传统制造方法相比，印刷零件所需的时间和精力更少。”
该团队的多功能设备被证明能够捕获测试过程中排放的20％的二氧化碳。图片来自ORNL。
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