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Ambiente

Il team ORNL migliora l’assorbimento di CO2 con un dispositivo stampato in 3D

Un team dell’Oak Ridge National Laboratory (ORNL) ha inventato un dispositivo di assorbimento stampato in 3D realizzato in alluminio che è in grado di catturare le emissioni di anidride carbonica dagli impianti di combustibili fossili. Il dispositivo innovativo, che può essere utilizzato anche in altri processi industriali, potrebbe aiutare a ridurre le emissioni globali di gas serra come la CO 2 che intrappolano il calore nell’atmosfera e contribuiscono al riscaldamento globale.

Il dispositivo stampato in 3D è costituito da uno scambiatore di calore con un contattore di scambio di massa e integra canali interni del refrigerante per migliorare lo scambio di calore. Un prototipo finale del dispositivo misura 20,3 centimetri di diametro e 14,6 centimetri di altezza e ha una capacità di volume totale del fluido di 0,6 litri. Il pezzo è stato stampato in alluminio a causa dell’elevata conduttività termica, resistenza strutturale e stampabilità del materiale, sebbene sia possibile utilizzare anche altri materiali.

Il dispositivo di cattura della CO 2  è stato testato all’interno di una colonna di assorbimento che misurava un metro di altezza e otto pollici di larghezza. La parte intensificata stampata in 3D è stata posizionata nella metà superiore della colonna tra alcuni dei sette elementi di imballaggio della struttura. La stampa 3D è stata fondamentale per creare una parte che potesse adattarsi all’interno della colonna, conformandosi alle geometrie degli elementi di impaccamento e ottimizzando l’area della superficie di contatto tra i flussi di gas e liquido.

Costas Tsouris, Xin Sun ed Eduardo Miramontes di ORNL (Foto: Carlos Jones | ORNL)

“Chiamiamo il dispositivo intensificato perché consente un trasferimento di massa potenziato (la quantità di CO 2 trasferita da un gas a uno stato liquido) attraverso il raffreddamento in situ”, ha spiegato Costas Tsouris, uno dei principali ricercatori del progetto presso ORNL. “Il controllo della temperatura di assorbimento è fondamentale per catturare l’anidride carbonica”.

Nel progetto di ricerca, il team ORNL si è proposto di affrontare un problema specifico con i processi di assorbimento convenzionali per CO 2 che utilizzano solventi. Tipicamente, questi processi creano calore quando il gas reagisce con il solvente, il che può inibire l’efficienza dell’intero processo. Sfruttando la stampa 3D, i ricercatori sono stati in grado di progettare un dispositivo personalizzato che potrebbe essenzialmente ridurre l’aumento di temperatura causato dalla reazione del solvente nella colonna utilizzando i canali del refrigerante.

“Prima della progettazione del nostro dispositivo stampato in 3D, era difficile implementare un concetto di scambiatore di calore nella colonna di assorbimento di CO a causa della complessa geometria degli elementi di impaccamento della colonna”, ha affermato Xin Sun, il ricercatore principale del progetto. “Con la stampa 3D, lo scambiatore di massa e lo scambiatore di calore possono coesistere all’interno di un unico dispositivo multifunzionale e intensificato”.

Il dispositivo intensificato all’interno della colonna di assorbimento (Foto: Carlos Jones | ORNL)

Lonnie Love, il principale ricercatore di produzione presso ORNL che ha progettato il dispositivo, ha aggiunto: “Il dispositivo può anche essere prodotto utilizzando altri materiali, come polimeri e metalli emergenti ad alta conducibilità termica. I metodi di produzione additiva come la stampa 3D sono spesso convenienti nel tempo perché richiede meno sforzo ed energia per stampare una parte rispetto ai metodi di produzione tradizionali”.

Nei test, il dispositivo stampato in 3D ha funzionato bene all’interno della colonna: ha migliorato la capacità del sistema di catturare l’anidride carbonica utilizzando una soluzione di ammina. Il team di ricerca ha effettivamente condotto due tipi di test per trovare quali condizioni operative avrebbero dato i migliori risultati: in uno, hanno variato la portata del gas contenente CO 2 e nell’altro hanno variato la portata del solvente. Alla fine, entrambi gli approcci hanno dimostrato miglioramenti rispetto all’assorbimento convenzionale, tuttavia i risultati sono stati collegati alle portate di gas.

“Il successo di questo dispositivo intensificato stampato in 3D rappresenta un’opportunità senza precedenti per migliorare ulteriormente l’efficienza di assorbimento dell’anidride carbonica e dimostra la prova del concetto”, ha concluso Sun. Andando avanti, il team ORNL cercherà di ottimizzare le condizioni operative e la geometria del dispositivo per un assorbimento del carbonio ancora migliore. La ricerca innovativa è stata recentemente pubblicata sull’AIChE Journal.

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