Recarbon利用3D打印生產等離子碳反應器，為清潔能源提供新的解決方案

導讀：毫無疑問，我們這個時代最緊迫的問題之一是氣候變化。正如許多科學家所說，解決這個問題的關鍵是限制我們對化石燃料的消耗，并最終減少排放到大氣中的溫室氣體量。一種解決方案是轉向可再生能源，例如風能和太陽能。然而，還有另一個緊迫的問題：只要我們仍在開采和使用化石燃料，我們如何減輕這些資源對地球的影響？總部位于加利福尼亞州的 ReCarbon希望利用3D 打印來推進內部研發(fā)進程，從而回答這個問題。

這家總部位于加利福尼亞州的公司由等離子體物理學家 Jay Kim 于 2011 年創(chuàng)立，該公司開發(fā)了一種解決方案：可將等離子體碳轉化為二氧化碳和甲烷等溫室氣體轉化為清潔能源。正如Jay所說：該公司正在“在現(xiàn)在只有污染的地方創(chuàng)造循環(huán)”。事實證明，該公司的創(chuàng)新解決方案很大程度上歸功于增材制造，因為該技術使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

ReCarbon 研發(fā)高級機械工程師Paul Hichwa介紹該公司時表示：“ReCarbon 是一家碳利用公司，將二氧化碳 (CO2) 和甲烷 (CH4) 等溫室氣體轉化為清潔燃料和產品。我們的使命是通過將廢物排放轉化為甲醇、乙醇、氫氣、可持續(xù)航空燃料（SAF）等有價值的低碳產品，實現(xiàn)難以減少的碳排放行業(yè)和生物源的脫碳�！�

該轉化過程由該公司的等離子碳轉化裝置 (PCCU) 實現(xiàn)，這是一個模塊化、可擴展的系統(tǒng)，每單位每天可生產高達 900 公斤的氫氣。Hichwa 詳細闡述了 ReCarbon 技術的工作原理：“等離子碳轉化裝置使用 ReCarbon 專有的浮動微波等離子體技術來打破溫室氣體的鍵，從而制造清潔燃料和產品。等離子體將二氧化碳和甲烷轉化為氫氣和一氧化碳，稱為合成氣。這一切都是在沒有催化劑的情況下完成的，并且可以由可再生電力提供動力。”

Hichwa 表示，這項技術可以使許多行業(yè)受益，特別是那些旨在“實現(xiàn)運營脫碳并創(chuàng)造低碳燃料和氣候積極產品”的碳排放行業(yè)。這些產品包括低碳和無碳乙醇、沼氣中的清潔氫氣、用于海運業(yè)的綠色甲醇和用于航空業(yè)的 SAF。

等離子碳轉換裝置 (PCCU) 是ReCarbon 的溫室氣體處理系統(tǒng)。PCCU 將碳排放轉化為氫氣和合成氣，用于化學品、燃料和能源等產品。例如，在標準 40 英尺集裝箱中配置 70 個排放葉片，每個 PCCU 模塊每天可生產高達 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)和生產流程中不可或缺的一部分。其一，增材制造的應用使ReCarbon團隊能夠建立敏捷的開發(fā)和測試工作流程，為公司節(jié)省了大量的技術開發(fā)時間和金錢。另一方面，增材制造開啟了新的設計可能性，這是使用傳統(tǒng)制造工藝不可能實現(xiàn)的。

Hichwa 說“我們正在不斷開發(fā)和推進我們的技術。為此，我們依靠能夠明確我們方向并加速研發(fā)的技術。這需要快速迭代的測試范例。我們使用計算流體動力學 (CFD) 來指導概念構思；使用高溫合金的增材制造來增強我們內部的制造和加工流程，以生產新的反應堆設計；以及我們定制的、可配置的測試站，用于收集數(shù)據(jù)并評估新設計的性能。”

△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)生設備，具有可靠性、高吞吐量和能源效率。

如果ReCarbon公司不在其開發(fā)周期中使用增材制造，那么它將面臨數(shù)周的時間安排，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程需要一到四個星期的時間來采購材料，需要兩到四個星期的時間將材料發(fā)送到機械車間，還需要兩到四個星期的時間進行后處理。然而，通過內部 3D 打印，可在短短一周內生產出可供測試的零件。他說：“這是一個巨大的減少，我們絕對需要擴大規(guī)模。這讓我們的團隊可以自由地進行實驗、測試和快速學習�！�

優(yōu)化反應器設計

除了使用增材制造來加速測試零件的原型設計之外，ReCarbon 還利用該技術的設計自由度來優(yōu)化其反應器中的關鍵組件。Hichwa 說：“增材制造通過關鍵部件的新幾何形狀實現(xiàn)了更穩(wěn)健和優(yōu)化的設計。傳統(tǒng)的減材制造在可以輕松且經濟高效地生產的幾何形狀方面存在局限性�！�

例如，借助金屬增材制造，ReCarbon 能夠重新設計和整合其反應器中的關鍵部件。該零件之前由五個定制加工件組成，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。

相關反應器組件是在 ReCarbon 的內部EOS M 290 機器上使用 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，通過減少流程和組件數(shù)量來降低有缺陷零件的風險，降低了我們的供應鏈復雜性并增加了該組件的可操作范圍�！�

ReCarbon 的解決方案正在實施

ReCarbon的PCCU技術無疑具有改善碳排放的潛力，特別是對于鋼鐵、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，該公司已經引起了這些行業(yè)以及科技行業(yè)和清潔燃料供應商的濃厚興趣。

他補充道：“技術領導者很感興趣，因為他們希望實現(xiàn)雄心勃勃的碳減排目標。我們的技術可以幫助他們實現(xiàn)在供應鏈中創(chuàng)造循環(huán)的雄心。隨著我們不斷擴大我們的合作伙伴和合作者網(wǎng)絡，并建立廢物轉化為低碳和無碳產品的生態(tài)系統(tǒng)，清潔燃料和產品的大型購買者也表現(xiàn)出了極大的興趣�！�

ReCarbon 已經完成了其可擴展PCCU 技術的三個試點項目，并于最近將該解決方案商業(yè)化。事實上，2022 年，該公司與石油勘探和生產公司 Woodside Energy 合作推出了一個旗艦商業(yè)項目。

Hichwa 解釋道：“這個旗艦項目展示了 ReCarbon 對于擁有雄心勃勃的碳減排目標的公司的價值，即部署技術以實現(xiàn)經過驗證的碳減排。ReCarbon 還與美國、日本和韓國的公司合作，尋求對化學工藝、發(fā)電廠和生物廢物源（例如垃圾填埋場、廢水處理廠和有機廢物轉移設施）進行脫碳，以生產清潔、低碳和無碳的產品燃料和產品�！�

最終，ReCarbon 在開發(fā)和部署PCCU 技術時將 3D 打印視為重要的解決方案。Hichwa總結道：“增材制造不僅可以通過快速原型制作減少研發(fā)所需的時間，而且還有可能成為我們更多下一代設備的主要制造方法。這將縮短和簡化我們的供應鏈，減少零件數(shù)量和復雜性，并提高工廠設備的可維護性�！�