ORNL:s Costas Tsouris, Xin Sun och Eduardo Miramontes visade att den 3D-tryckta intensifierade anordningen avsevärt förbättrade koldioxidavskiljningseffektiviteten.
3D-printad Al-apparat möjliggör infångandet av CO2-utsläpp
I
Text och bild: Carlos Jones, Michelle Lehman/ORNL Bearbetning: Staffan Mattson
ngenjörer på Oak Ridge National Laboratory (ORNL) har 3Dprintat en unik aluminiumanordning för att förbättra CO2-avskiljningen från fossila bränsleanläggningar och andra industriella processer. Enligt forskarna fokuserar denna första i sitt slag, billiga aluminiumapparat på en viktig utmaning vid konventionell absorption av CO2 med hjälp av lösningsmedel - en process som är känd för att producera värme och begränsa CO2avskiljningens totala effektivitet. Absorption är en av de mest använda och ekonomiska metoderna för att fånga in CO2. Den placerar en rökgasström från skorstenar i kontakt med ett lösningsmedel såsom monoetanolamin (MEA) som reagerar med gasen. Forskarna testade sin nya cirkulära anordning inuti en 1 m lång och
22
Aluminium Scandinavia nr 5 · November 2020
0,2 m bred absorptionskolonn bestående av sju kommersiella rostfria förpackningselement. Den ”intensifierade” anordningen - som levereras med en massbytande kontaktordriven värmeväxlare - installerades i den övre halvan av kolonnen mellan förpackningselementen. 3D-utskrift säkerställde att enheten kunde integreras i kolonnen utan att störa geometrin och därmed maximera kontaktytan mellan gasoch vätskeflödena. ”Innan designen av vår 3Dprintade enhet var det svårt att införa ett värmeväxlarkoncept i CO2absorptionskolonnen på grund av den komplexa geometrin hos kolonnens förpackningselement”, konstaterar huvudutredare, Dr. Xin Sun Inbäddade kylvätskekanaler tillsattes också inuti förpackningselementets korrugerade plåt för att möj-
liggöra värmeväxlingsfunktioner. Den slutliga prototypen mätte 20,3 cm i diameter, 14,6 cm i höjd, med en total vätskevolym på 0,6 liter. Två separata experiment - ett som varierade den CO2-innehållande gasflödeshastigheten och ett som varierade MEA-lösningsmedelsflödeshastigheten - genomfördes för att bestämma vilka driftsförhållanden som ger störst fördel för avskiljningseffektiviteten av koldioxid. Båda experimenten gav väsentliga förbättringar av upptagningshastigheten för koldioxid och visade att fångstens storlek konsekvent berodde på gasflödeshastigheter. Studien visade också en topp i infångandet vid 20 % koldioxidkoncentration, med en ökning av fångsthastigheten från 2,2 % till 15,5 % beroende på driftsförhållandena.
