研究

神奇项目探索用3D打印膜生产低排放原材料

一个横跨行业和科学的德国-荷兰财团正在寻求通过开发和集成3D打印膜到生产过程中,使塑料生产更可持续。

零排放创新绿色化学项目的添加剂制造或短暂的令人惊叹的过程将开发一种基于膜的过程,可以从塑料生产过程中分离副产品,并使它们可供进一步使用。

化工公司之类的公司巴斯夫,材料科学公司和能源巨头壳牌将他们的专业知识用于这个项目,与能源和气候研究所,可持续工艺技术研究所(ISPT)特文特大学,而且埃因霍温理工大学

除了提供环境效益,合作伙伴认为该项目中发展的流程可能会导致欧洲行业的显着经济优势。

用氧化镁(MgO)制成的膜支架,使用3D打印技术制作。图片来自WZR陶瓷解决方案有限公司。
用氧化镁(MgO)制成的膜支架,使用3D打印技术制作。图片来自WZR陶瓷解决方案有限公司。

通过3D打印实现无化石裂缝

许多塑料都是由乙烯和丙烯制成的,它们属于一种被称为烯烃的不饱和烃。这些烯烃的原料是烷烃,如轻汽油和石脑油,它们在反应堆内被称为蒸汽裂解的热过程中分解。

在这个过程中,氢气作为副产品被释放出来,为了进一步使用,必须费力地将其分离。燃烧化石燃料产生的蒸汽裂解过程需要850摄氏度的温度,这使烯烃生产成为耗能最大的工业过程之一,产生大量排放。

这个令人惊叹的项目试图通过开发一种基于膜的工艺,将烯烃产品从反应过程中的裂化过程中分离出来,并使其可供进一步使用,从而使烯烃的生产更加可持续。为了进一步减少在这个过程中产生的排放物,在这个令人惊叹的项目中使用的反应堆将使用来自可再生能源的电力加热。

基于目前在运营中的蒸汽开裂设施的数量,项目合作伙伴估计,他们的过程可能会在德国的每年占优势和3,871千万(kt)的达到5.2特拉瓦(TWH)。随后,开发的过程可以为与燃料加热系统相比电动操作的系统提供显着的成本节省。

烯烃是由巴斯夫的蒸汽饼干生产的。照片通过巴斯夫。
烯烃在巴斯夫的蒸汽饼干中产生。照片通过巴斯夫。

3D打印陶瓷膜

该项目合作伙伴将使用3D打印技术创建并将陶瓷膜集成到反应器中,使烯烃的生产和纯氢的同时分离成为可能。3D打印膜设计具有催化功能,降低烷烃脱氢温度,使氢气从产品气体中分离出来。

通过部署3D打印来创建膜,合作伙伴可以根据裂化过程定制其表面,微观结构和化学组成。可以调整和优化膜的各种性质以改善该方法内的效率,例如膜传输分离的氢气的效率,以及如何有效地支持氢气与烷烃的分离。

3D打印还使膜原型和组件易于测试,如果该技术被证明适合大规模使用,经济上可行,合作伙伴相信3D打印膜模块可以在未来进行商业规模生产。

创新的膜反应器在hte的实验室进行了测试。照片通过hte GmbH。
创新的膜反应器在hte的实验室进行了测试。照片通过hte GmbH。

可持续的氢生产

除了提高能源效率外,该方法还可以直接生产可用的氢气,而以前这种氢气只是裂解过程的副产品。为了实现这一目标,合作伙伴将创造一种混合导电薄膜(MIEC),它可以去除氢,从而可以用作能源载体或化学原料。

该项目中提出的两个过程还显示了超出烯烃生产的应用的承诺,例如在其他工业过程中使用可持续生成的氢或移动行业来减少排放,因此支持欧洲的2050年气候中性野心。

为了证明他们的3D打印和薄膜浇铸膜的技术潜力,项目合作伙伴将在一个演示中实施他们的膜反应器,以评估其大规模使用的可行性。

通用电气的风力涡轮机。通过通用电气图。
通用电气的风力涡轮机。通过通用电气图。

利用3D打印进行可再生能源

近年来,公司越来越多地将3D打印作为比现有流程更有效的制造形式,尽管有所不同的结论对环境的影响

关于可再生能源部门,工业制造公司西门子以前使用过3D打印来加速最先进的燃气轮机技术这使得能够运行可再生燃料,并且最近开发了一个新型数字维修链3D打印新特性到传统制造的燃气轮机叶片上。

涡轮叶片的设计和制造也被探索在风力部门通用电气的研究。就在上个月,公司接到了一项任务增加陆上和海上风能的竞争力通过3D打印由美国能源部,与LM风力发电,橡树岭国家实验室,而且国家可再生能源实验室

在核能领域,由ORNL能源部开发的3D打印部件将于今年春天在目前运行的核反应堆中进行测试。据报道,ORNL的燃料组件支架将是第一个3D打印的安全相关组件安装在核电站。

橡树岭国家实验室正在领导转型挑战反应堆(TCR)演示项目,该项目涉及使用3D打印技术开发核反应堆堆芯,以降低制造成本和交货时间,同时提高安全性。

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特色的图像显示膜载体由氧化镁(MgO)制成,其使用3D印刷制造。图片来自WZR陶瓷解决方案有限公司。

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