中國3D列印網8月25日訊，橡樹嶺國家實驗室（ORNL）的科學家開發了一種新型3D列印設備，該設備能加從燃燒化石燃料中捕獲的二氧化碳量。利用3D列印技術研究人員能夠將熱交換器和質量交換接觸器結合在一起，成為多功能的CO2吸收裝置。鋁製設備的原位冷卻能力使更多的二氧化碳從氣體轉移到液態，從而提高了碳的保留率。簡要測試顯示，通過實施ORNL團隊的新組件，可以吸收多達20％的工業流程產生的二氧化碳。
ORNL小組的多功能設備（如圖所示）比現有的同類設備能夠捕獲更多的碳排放。 通過ORNL的Michelle Lehman。
吸收並減少二氧化碳排放
碳捕集與封存（CCS）是限制許多工業過程中CO2排放的重要方法，也是應對氣候變化的關鍵武器。反過來，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。
為了實施吸收策略，需要將包含二氧化碳的煙氣流與與CO2具有化學親和力的溶劑直接接觸。單乙醇胺（MEA）是一種常用的溶劑，能夠與二氧化碳分子鍵合，並且其反應使其迅速而有利地被另一種MEA分子取代。因此，MEA的吸收性使其非常適合捕獲有毒物質。
儘管MEA洗滌是一種有據可查的方法，但由於其溫度相關的降解趨勢而並未得到廣泛採用。在高溫下，CO2的溶解度降低，這降低了其吸收能力，並限制了豐富的溶劑負載量。在高於80°C的溫度下，60％至80％的二氧化碳會被解吸，這嚴重阻礙了MEA防止碳排放的能力。階段間冷卻被吹捧為解決MEA過熱問題的解決方案。先前的研究表明，將溶劑抽出並通過熱交換器可以減少因溫度變化而損失的CO2量。這種非原位方法的缺點在於其複雜性的增加常常導致更高的實施成本。
ORNL研究人員（如圖）使用3D列印來優化其設備的二氧化碳吸收能力。圖片來自ORNL卡洛斯·瓊斯（Carlos Jones）。
ORNL 3D列印冷卻策略
使用3D列印，ORNL團隊創建了一種將兩個獨立功能組合到一個階段的設備，同時管理接觸階段和熱交換。增材製造無需生產具有複雜冷卻劑設計的組件，而是使研究人員能夠將通道合併到包裝好的設備中，而不會影響其幾何形狀。
ORNL小組3D使用鋁印刷了他們的原型，並設計了該設備在其規整填料的波紋板之間包括嵌入式冷卻劑通道。最終的多功能設備直徑為20.3厘米，高度為14.6厘米，內部冷卻劑通道的總體積為600毫升。「該設備可以使用其他材料製造，例如新型的高導熱聚合物和金屬，」涉及該組件的ORNL研究人員Lonnie Love補充說。 「隨著時間的推移，諸如3D列印之類的附加製造方法通常具有成本效益，因為與傳統製造方法相比，印刷零件所需的時間和精力更少。」
該團隊的多功能設備被證明能夠捕獲測試過程中排放的20％的二氧化碳。圖片來自ORNL。
為了測試其原型，ORNL團隊將其安裝到了一個吸收柱上，該吸收柱的高度為2.06 m，直徑為20.3 cm。考慮到要花大量時間在設備附近積聚熱量，研究人員將溶劑加熱到70度，然後從下往上將其泵入色譜柱。使用二氧化碳計進行的傳質測量表明，該團隊的3D列印設備比市售的異位冷卻替代產品更具吸收性。在其峰值時，二氧化碳的總濃度的20％（相當於360 SLPM的空氣和90
SLPM的CO2）被其添加劑吸收劑捕獲。據中國3D列印網了解，進一步的測試表明，增加的氣流速率可以減少二氧化碳向團隊設備中的傳質。反過來，發現在冷卻前將空氣流速降低到264 SLPM可以提高捕獲率，最多可吸收94％的碳。相比之下，該設備的熱性能無法與商用熱交換器相媲美，並且無法將其冷卻至低於其最佳工作溫度40oC。
3D列印中的環保創新
近年來，研究人員已使用3D列印來減少大規模生產對廣泛應用環境的影響。來自加泰羅尼亞能源研究所和加泰羅尼亞研究與高級研究所的科學家已經使用3D列印技術增強了固體氧化物燃料電池（SOFC）。 「新一代」能量電池可用於最終用途的發電應用中，或用於創建增強型能量存儲設備。
一個國際材料研究項目開發了一種3D可列印金屬合金，可以使製冷冷卻系統更節能。這種材料是鎳和鈦的組合，是一種形狀記憶合金，可以反覆轉變以將熱量抽出系統。
同樣，馬來西亞Teknologi大學的研究人員提出了3D列印作為製造為熱聲冰箱（TAR）供電的板的替代方法。利用Stratasys系統，該團隊設法將板的厚度增加了40％。