Unik aluminiumanordning

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

Text och bild: Carlos Jones, Michelle Lehman/ORNL Bearbetning: Staffan Mattson

Ingenjörer 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 CO2 avskiljningens 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 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 gas- och vätskeflödena. ”Innan designen av vår 3Dprintade enhet var det svårt att införa ett värmeväxlarkoncept i CO2 absorptionskolonnen på grund av den komplexa geometrin hos kolonnens förpackningselement”, konstaterar huvudutredare, Dr. Xin Sun

Inbäddade kylvätskekanaler tillsattes också inuti förpackningselementets korrugerade plåt för att möjliggöra 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.