碳中和是指国家、企业、产品、活动或个人在一定时期内直接或间接产生的二氧化碳或温室气体排放总量，通过植树造林、节能减排等形式，抵消自身产生的二氧化碳或温室气体排放量，实现正负相抵
为了实现这个目标，重工业制造商正在迅速投入大量资金开展业务，科技初创企业正在创造新的解决方案。 本期，3D科学谷与谷友一起洞察了3D打印-增材制造如何通过其“四两拨千斤”的巧妙存在，实现碳中和。
一级机器过滤器示例。 该过滤器旨在最大限度地提高空气接触和捕获。
3d系统
碳捕获的中心是比较简单的化学反应，碳捕获和回收系统必须非常高效地工作，以免因消耗高碳燃料和向大气中排放很多碳而恶化问题。 也就是说，必须捕获尽可能多的碳，同时使用比我们捕获的碳少得多的碳发生反应。
减少二氧化碳排放量的最有效和最可扩展的方法是使用直接空气捕获( DAC )。 直接空气捕集是将二氧化碳从空气中分离出来，制造农产品、建筑材料、燃料、塑料、化学物质等经济上需要的产品——的技术。 DAC也可以用于存档用途——为了建设性目的储存二氧化碳的能力3354，可以从威胁变成机会。
3D打印-增材制造优势
从大气中去除碳需要由过滤器、热交换器、冷凝器、气体分离器和压缩机组成的系统。 这些复杂零件大多需要最适合增材制造的几何形状，才能比传统制造方法更高效、更划算，为DAC设备提供实质性的性能和经济性。 3D打印可以提供以下好处：
能效设计优化：这些碳捕获和使用系统引导了增材制造的设计优化能力，可以在不影响能源的情况下大幅提高性能和效率。
设计自由度：增材制造提供的设计自由度可以更有效地捕获和处理大气中的碳。
性能：耐高温、耐腐蚀，同时可加工高导热性合金。
可扩展性：通过可扩展的制造，快速提供部件的制造能力，满足不断变化的需求。
供应链效率：结构一体化零部件设计可以实现供应链的优化。 避免多家供应商生产单一组件导致物流中碳排放。
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微型燃气轮机设备
微涡轮是包括发电在内的各行业新兴技术，提供高压、高效气体和流体输送的机会，外形小，能量/碳足迹最小
高性能、可靠性、空气压缩、系统压力稳定性对碳捕集系统目前的功能非常重要，更重要的是，今后随着工业碳捕集系统向更多商业区分布的趋势，将利用新颖紧凑的涡轮技术实现高效小占地面积
碳捕获的一个重要组成部分是首先使用结构化机械过滤器“捕获”碳。 这个过滤器通常涂有吸引碳的胺。 空气通过第一阶段被吸入系统，是“直接与空气接触”的阶段。 通过允许空气与过滤器表面最大接触的过滤器结构，可以使空气直接接触过滤器的效率最大化。 3D打印-增材制造的复杂设计带来了高水平的湍流和混合，实现了高表面积和最大的空气接触。
热交换器
图3d使用3DXpert软件设计的交换器有助于保持稳定的温度和保持化学反应。
3d系统
热量浪费是碳捕获中的常见问题。 在第一个直接空气接触阶段捕获的碳必须从机械过滤器排气到下游精炼阶段。 在本技术的许多实施例中，这通过从过滤器中释放碳的加压蒸汽来完成。 换热器可用于去除蒸汽发生中多余的热量，更一般地，在下游降低离开过滤阶段的富碳蒸汽的温度。 并结合新的换热策略和下游蒸馏和精制工序，使该过程保持稳定温度，维持化学反应，生成输出碳产品。
扩散板
扩散板通常用于化学处理，以吸收和准直一定体积的气体或流体。 流体扩散的原理与光准直的概念类似，采用光源，组织能量，使光沿平行光束路径扩散发射。 扩散板与花园软管的喷嘴非常相似，采用混沌流体流动，产生结构化的均匀流动。 液体扩散板是流程堆栈的重要组成部分，确保富碳流体在流程中的均匀流动和处理。
3D打印增材制造允许大体积扩散板提供有效的流体扩散，主要是由于扩散板形状设计的复杂化和扩散器喷嘴形状设计的复杂化。 借鉴航空燃油喷嘴结构一体化设计的灵感，3D打印增材制造扩散板的制造速度比单独加工快20倍。
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冷却器和蒸馏器
离开过滤阶段的富碳产品被认为“脏”，需要进一步处理才能使用。 这种脏碳的后处理可以在独立的系统之外进行，但这意味着在收集脏碳产品并将其运输到二级后处理设施的物流过程中会产生更多的碳。 最有价值、最有前景的碳捕获系统具有一定程度的集成“脏碳”产品后处理。
精制塔可以包括具有集成冷却的蒸馏器和热交换器。 传统上，装配比较复杂，有几十个金属壳，几百码弯头，还有几十个法兰、配件、汇流板。 所有这些都需要购买和组装，这进一步增加了仅通过制造和组装部件产生的集体碳排放。
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3D打印-通过增加材料制造，可以实现广泛的部件集成和整体设计，大幅整合和简化供应链。 此外，实现功能优先、高效的设计，加速细分阶段，以更小的外形尺寸提供更多的输出。
歧管(液体、气体、蒸汽)。
碳捕获是一个化学过程，涉及流体和气体与化学、温度、压力的耦合。 歧管在碳捕获过程中的应用范围是从化学品输送到工艺室，将冷却剂高效分配到有源冷却模块(例如热交换器)，以及常见的气体分配APP。
这些组件难以生产的原因不仅是耐药性和航空级特殊材料的要求，还有许多分支管线的平衡压力的需要，甚至是通过工艺室输送流体的需要。
3D打印可以通过高效的一对多分支、均匀的流体流动和更紧凑的设计满足空间和装配限制。 这就像现在在航空航天、国防和半导体设备中采用3D打印技术带来的好处一样。
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