美国能源部橡树岭国家实验室的研究人员设计并制造了一种史无前例的铝装置，该装置可以加强对化石燃料工厂和其他工业过程中排放的二氧化碳的捕获。

 

解决方案减少全球温室气体排放的温室气体如二氧化碳的继续使用低成本、国内化石燃料资源,缓解潜在的气候影响。

 

该团队测试了这种新型的圆形装置，它集成了热交换器和质量交换接触器，在一个1米高、8英寸宽的吸收柱内，吸收柱由7个商用不锈钢包装元件组成。该3d打印强化装置安装在填料元件之间的柱的上半部分。

 

增材制造使得在柱内安装热交换器成为填料元件的一部分成为可能，而不会影响几何形状，从而最大限度地扩大了气体和液体流之间的接触面积。

 

“我们称该装置为强化装置，因为它能通过现场冷却强化传质(二氧化碳从气态转移到液态)，”科斯塔斯·特瑞斯(Costas Tsouris)说，他是ORNL项目的首席研究员之一。“控制吸收温度是捕获二氧化碳的关键。”

 

ORNL的设备专注于利用溶剂进行传统碳吸收的一个关键挑战:这个过程通常会产生热量，从而限制其整体效率。通过使用增材制造，研究人员能够定制设计一种多功能设备，通过去除多余的热量，同时保持低成本，极大地提高了加工效率。

 

吸收是捕获二氧化碳最常用和最经济的方法之一，杏耀主管它将来自烟囱的烟气流与一种溶剂(如单乙醇胺，简称MEA)或其他胺溶液)接触， ，这种溶剂可与气体反应。

 

当二氧化碳与溶剂相互作用时，会产生热量，降低溶剂与二氧化碳反应的能力。通过冷却通道降低柱内的局部温度峰值有助于提高二氧化碳捕获的效率。

 

“在设计我们的3D打印设备之前，由于柱的包装元素的复杂几何形状，很难将热交换器的概念实现到二氧化碳吸收柱中。通过3D打印，质量交换器和热交换器可以共存在一个单一的多功能，强化设备，”ORNL的孙欣说，该项目的首席研究员。

 

嵌入的冷却剂通道被添加在包装元件的瓦楞板内，以允许热交换能力。最终的原型直径为20.3厘米，高度为14.6厘米，总容积为0.6升。由于铝具有优良的印刷性、高的导热性和结构强度，因此被选择作为强化装置的初始材料。

 

这种设备也可以使用其他材料制造，比如新兴的高导热聚合物和金属。从长远来看，3D打印等增材制造方法通常具有成本效益，因为与传统制造方法相比，打印零件所需的精力和能量更少。”

 

这个原型机证明了它能够极大地增强胺溶液对二氧化碳的捕获能力，之所以选择胺溶液是因为它对二氧化碳的反应性很高。

 

研究结果发表在AIChE杂志上，ORNL的研究人员进行了两个独立的实验——一个改变含二氧化碳气体的流速，另一个改变MEA溶剂的流速。该实验旨在确定哪种操作条件对碳捕获效率最有利。

 

这两个实验都在碳捕集速率方面产生了实质性的改进，杏耀平台总代理并证明了捕集速率的大小始终取决于气体流量。研究还表明，在二氧化碳浓度为20%时，捕集率出现峰值，根据操作条件的不同，捕集率的增幅从2.2%到15.5%不等。

 

孙说:“3D打印强化装置的成功为进一步提高二氧化碳吸收效率提供了一个前所未有的机会，也证明了这一概念。”

 

未来的研究将集中于优化操作条件和设备的几何形状，以进一步改进碳捕集吸收过程。