Kāpēc tiešai gaisa uztveršanai ir nepieciešami 3D sorbenta balsti ar zemu spiediena kritumu un zemu termisko masu?

Kāpēc tiešai gaisa uztveršanai ir nepieciešami 3D sorbenta balsti ar zemu spiediena kritumu un zemu termisko masu?

Tiešā gaisa uztveršana jeb DAC kļūst par arvien nozīmīgāku tehnoloģiju oglekļa atdalīšanai.

Atšķirībā no tradicionālās oglekļa uztveršanas no koncentrētām rūpnieciskajām dūmgāzēm, DAC darbojas ar atmosfēras gaisu, kur CO₂ koncentrācija ir daudz zemāka.

Tas nozīmē, ka DAC sistēmai nepārtraukti jāapstrādā ļoti liels gaisa daudzums.

Tā rezultātā DAC veiktspēju nevar novērtēt, tikai aplūkojot sorbenta CO₂ adsorbcijas spēju.

Gaisa plūsmas pretestība, gāzes un cietvielas kontakts, sorbenta imobilizācija, struktūras svars, reģenerācijas temperatūra un cikla stabilitāte var ietekmēt sistēmas kopējo efektivitāti.

Šī iemesla dēļ DAC izstrāde pakāpeniski virzās no tikai sorbentu izmantošanas pieejas uz integrētāku inženierijas modeli:

Sorbenta ķīmija + poraina struktūra + gaisa plūsma + termiskā vadība + moduļu dizains

1. DAC nav tikai par sorbentu

Lielākā daļa diskusiju par DAC, protams, koncentrējas uz sorbenta ķīmiju.

Bieži sastopamas pētniecības jomas ir šādas:

• Amīnu bāzes sorbenti
• Sārmaini materiāli
• Metāla-organiskie karkasi
• Poraini polimēri
• Funkcionāli poraini materiāli
• Hibrīda cieto sorbentu sistēmas

Šie materiāli ir atbildīgi par ķīmisko mijiedarbību ar CO₂.

Tomēr sorbents nevar darboties neatkarīgi praktiskā DAC moduļa iekšpusē.

Tam jābūt atbalstītam, pārklātam, imobilizētam vai izvietotam struktūrā, kas ļauj gaisam izplūst, vienlaikus saglabājot pietiekamu kontaktu starp gāzi un aktīvo sorbentu.

Tāpēc praktiskam DAC modulim ir jāatbild uz diviem dažādiem jautājumiem:

Vai sorbents var efektīvi uztvert CO₂?

un

Vai gaiss var pārvietoties caur adsorbcijas struktūru ar pieņemamu enerģijas patēriņu?

Otrais jautājums ir par to, kur strukturētie sorbentu balsti kļūst īpaši svarīgi.

2. Kāpēc spiediena kritums ir svarīgs DAC

Viena no būtiskajām atšķirībām starp DAC un punktveida oglekļa uztveršanu ir apstrādājamās gāzes apjoms.

Tā kā atmosfēras CO₂ koncentrācija ir zema, DAC sistēmai ir jāpārvieto liels gaisa daudzums, lai uztvertu ievērojamu CO₂ daudzumu.

Katra gaisa plūsmā novietota konstrukcija rada pretestību.

Spiediena kritums var palielināties, ja:

• Adsorbcijas slānis ir pārāk biezs
• Poru kanāli ir pārāk mazi
• Sorbenta slodze ir pārāk blīva
• Plūsmas ceļi kļūst ļoti līkumoti
• Pārklājumi daļēji bloķē atvērtas poras

Lielāks spiediena kritums nozīmē:

Lielāka ventilatora jaudas nepieciešamība.

Liela mēroga DAC sistēmām šis papildu enerģijas pieprasījums var tieši ietekmēt darbības efektivitāti un izmaksas.

Tāpēc svarīgs inženiertehniskais mērķis ir uzturēt pietiekamu sorbenta daudzumu un gāzes un cietvielas kontaktu, vienlaikus samazinot gaisa plūsmas pretestību.

3. Vairāk sorbenta ne vienmēr ir labāk

No materiālu viedokļa sākotnēji var šķist vēlams palielināt sorbenta daudzumu.

Bet strukturētā DAC sistēmā maksimālā slodze ne vienmēr ir optimālais nosacījums.

Ja poraino struktūru bloķē pārmērīgs sorbenta daudzums, var rasties vairākas problēmas:

• Palielināta gaisa plūsmas pretestība
• Augstāks spiediena kritums
• Samazināti atvērtie plūsmas kanāli
• Zemāka iekšējā sorbenta izmantošana
• Lēnāka adsorbcijas kinētika
• Lēnāka desorbcija

Īstais dizaina izaicinājums ir līdzsvarot:

Sorbenta ielāde × Masas pārnešana × Spiediena kritums

nevis tikai optimizēt sorbenta ielādi.

4. Kāpēc svarīga ir arī zema termiskā masa

Daudzas cieto sorbentu DAC sistēmas izmanto siltumenerģiju, lai atbrīvotu uztverto CO₂ un reģenerētu sorbentu.

Šajā reģenerācijas posmā enerģiju var izmantot ne tikai paša sorbenta sildīšanai, bet arī, lai uzsildītu:

• Atbalsta struktūra
• rāmji
• Mehāniskie balsti
• Iekšējie moduļa komponenti
• Citi neaktīvi materiāli

Ja konstrukcijas balsts ir smags, katrā ciklā var atkārtoti tikt uzkarsēts ievērojams materiāla daudzums, kas tieši neveicina CO₂ uztveršanu.

Tāpēc neaktīvās konstrukcijas masas samazināšana var būt svarīgs inženiertehniskais mērķis.

Zemāka blīvuma atbalsts var potenciāli samazināt neaktīvā materiāla daudzumu, kas iesaistīts katrā sildīšanas un dzesēšanas ciklā.

Tomēr ir svarīgi būt precīzam:

Zems blīvums ne vienmēr nozīmē zemāku kopējo DAC enerģijas patēriņu.

Faktiskā sistēmas enerģija ir atkarīga no siltumietilpības, sorbenta ķīmiskā sastāva, reģenerācijas temperatūras, siltuma pārneses efektivitātes, moduļa arhitektūras un darbības cikla konstrukcijas.

Tāpēc šīs potenciālās priekšrocības ir jāapstiprina eksperimentāli.

5. Strukturētie sorbenti kļūst arvien svarīgāki

Tradicionālās adsorbcijas sistēmas bieži vien izmanto pildītas gultas.

Iepakotas gultas ir vienkāršas un labi saprotamas, taču tās var radīt inženiertehniskus ierobežojumus, piemēram:

• Sarežģīti gaisa plūsmas ceļi
• Augstāks spiediena kritums
• Daļiņu nobrāzums
• Putekļu veidošanās
• Nevienmērīga siltuma pārnešana

Šis ir viens no iemesliem, kāpēc strukturētiem sorbentiem tiek pievērsta arvien lielāka uzmanība.

Koncepcija ir vienkārša:

Sorbents netiek piepildīts ar moduli ar vaļējām daļiņām, bet gan tiek sadalīts uz iepriekš izstrādātas struktūras vai tās iekšpusē.

Tas ļauj inženieriem neatkarīgi optimizēt:

• Plūsmas kanāla ģeometrija
• Virsmas laukums
• Sorbenta slāņa biezums
• Spiediena kritums
• Siltuma pārvade
• Mehāniskā stabilitāte

6. Parasto DAC sorbentu struktūru salīdzinājums

Neviena atsevišķa struktūra nav optimāla katrai DAC sistēmai.

Pareiza arhitektūra ir atkarīga no:

• Gaisa plūsmas ātrums
• Sorbentu ķīmija
• Reģenerācijas metode
• Moduļa izmēri
• Mērķa kalpošanas laiks

7. Kāpēc ir vērts novērtēt atvērto šūnu putas

Atvērto šūnu putas uzvedas atšķirīgi no šūnveida struktūras.

Šūnā parasti ir relatīvi regulāri, taisni kanāli.

Atvērto šūnu putas satur savstarpēji savienotu trīsdimensiju poru tīklu.

Tas ļauj gāzei pārvietoties pa vairākiem ceļiem materiāla iekšpusē.

No inženiertehniskā viedokļa šai struktūrai var būt vairākas interesantas īpašības.

3D gaisa plūsmas ceļi

Savstarpēji savienotais poru tīkls ļauj gaisam iziet cauri struktūrai vairākos virzienos.

Tas var palīdzēt radīt efektīvāku mijiedarbību starp gāzes plūsmu un funkcionālo sorbenta virsmu.

Zems konstrukcijas svars

Zema blīvuma putas var aizņemt relatīvi lielu tilpumu, vienlaikus izmantojot relatīvi nelielu daudzumu atbalsta materiāla.

Tas var būt noderīgi DAC moduļos, kur svarīgs ir gan konstrukcijas svars, gan termiskā masa.

Regulējama struktūra

Biezumu, izmērus, blīvumu un virsmas apstrādi var pielāgot dažādām moduļu koncepcijām.

Vienkārša konvertēšana

Atvērto šūnu putas var griezt, apstrādāt ar CNC, laminēt vai pārveidot dažādās prototipa ģeometrijās.

Tas var būt īpaši noderīgi DAC moduļa izstrādes sākumposmā.

8. Melamīna putu potenciālā loma DAC

SINOYQX melamīna putas ir zema blīvuma, trīsdimensiju atvērtšūnu porains materiāls.

Standarta inženiertehniskās markas tipiskais blīvums ir aptuveni:

8.5 kg / m³

No DAC inženierijas viedokļa to var novērtēt kā:

Viegls 3D sorbenta atbalsts

Tā potenciālais uzdevums nav darboties kā pašam CO₂ sorbentam, bet gan nodrošināt:

• Trīsdimensiju poraina atbalsta struktūra
• Gaisa plūsmas ceļi
• Substrāts sorbenta imobilizācijai
• Pielāgojama moduļa ģeometrija
• Zema strukturālā masa

9. Melamīna putas nav CO₂ Sorbents

Šī atšķirība ir svarīga.

Standarta melamīna putas nedrīkst izmantot kā tiešu CO₂ sorbentu DAC.

DAC sistēmā faktiskā CO₂ uztveršanas funkcija rodas no materiāliem ar atbilstošu ķīmisko afinitāti vai selektivitāti pret CO₂.

Tie var ietvert:

• Amīnu funkcionālie materiāli
• Metāla-organiskie karkasi
• Sārmaini sorbenti
• Funkcionāli poraini polimēri
• Citas CO₂-selektīvās sorbentu sistēmas

Reālistiskāka melamīna putu loma ir kalpot par trīsdimensiju strukturālu atbalstu šiem aktīvajiem materiāliem.

Tāpēc galīgā DAC materiālu sistēma jāsaprot šādi:

3D atbalsts + funkcionāls sorbents

nevis kā viens putu materiāls.

10. Kā sorbentus var iekraut 3D putās?

Šis ir viens no galvenajiem attīstības jautājumiem.

Atkarībā no sorbenta ķīmiskā sastāva var novērtēt vairākas iekraušanas pieejas.

Virsmas pārklājums

Uz putu skeleta tiek uzklāts funkcionāls sorbenta slānis.

Impregnēšana

Atvērto šūnu struktūra ir piesūcināta ar funkcionālu materiālu.

Polimēru funkcionalizācija

Putu virsma ir ķīmiski vai fizikāli modificēta ar funkcionālām grupām vai polimēriem.

Saliktā struktūra

Putas tiek kombinētas ar membrānām, šķiedrām, pārklājumiem vai citiem sorbentu saturošiem slāņiem.

Katrs maršruts var ietekmēt:

• Sorbenta ielāde
• Poru aizsprostojums
• Spiediena kritums
• Adsorbcijas kinētika
• Pārklājuma saķere
• Izturība pret riteņbraukšanu

Šī iemesla dēļ slodzes noteikšanas metode ir jāizvērtē kopā ar konstrukciju.

11. Kas būtu jāpārbauda DAC sorbenta nesējā?

Materiāls DAC nevajadzētu tikt izvēlēts, pamatojoties tikai uz blīvumu vai porainību.

Svarīgāks solis ir moduļu līmeņa inženiertehniskā validācija.

Spiediena kritums pret gaisa ātrumu

Izmēriet spiediena kritumu dažādos gaisa plūsmas ātrumos.

Šis ir viens no svarīgākajiem aerodinamiskās veiktspējas rādītājiem.

Sorbenta ielāde

Nosakiet, cik daudz funkcionālā sorbenta var stabili ielādēt uz nesēja masas vai tilpuma vienību.

CO₂ uzņemšana

Ir lietderīgi novērtēt abus:

g CO₂ / kg sorbenta

un

kg CO₂ / m³ modulis

jo praktiskas DAC sistēmas ierobežo arī moduļa tilpums.

Sorbcijas kinētika

Izmēriet, cik ātri CO₂ var sasniegt sorbentu un mijiedarboties ar to.

Desorbcijas kinētika

Izmēriet, cik efektīvi CO₂ var tikt atbrīvots reģenerācijas laikā.

Termiskā masa

Novērtējiet ar putām, sorbentu un citiem konstrukcijas materiāliem saistīto termisko slodzi.

Mitruma stabilitāte

Apkārtējais gaiss satur mitrumu, tāpēc jāņem vērā mitruma ietekme gan uz sorbentu, gan uz atbalsta konstrukciju.

Riteņbraukšanas stabilitāte

Ilgstošai DAC darbībai nepieciešami atkārtoti adsorbcijas-desorbcijas cikli.

Galvenie novērojumi ietver:

• Sorbenta zudums
• Pārklājuma plaisāšana
• Putu deformācija
• Spiediena krituma izmaiņas
• Adsorbcijas spējas samazināšanās

12. Dažādām DAC sistēmām var būt nepieciešamas dažādas putu struktūras

SINOYQX DAC izmanto kā kopīgas izstrādes lietojumprogrammu, nevis kā vienu fiksētu putu pakāpi.

Iespējamie materiālu virzieni ietver:

Standarta atvērto šūnu putas

Agrīnās stadijas sorbenta ielādei un materiāla skrīningam.

Zema spiediena krituma struktūra

Sistēmām, kurās gaisa plūsmas pretestība un ventilatora enerģija ir īpaši svarīga.

Hidrofobiskas putas

Konstrukcijas uzvedības novērtēšanai augsta mitruma gaisa apstākļos.

Pastiprinātas putas

Moduļiem, kuriem nepieciešama uzlabota mehāniskā stabilitāte.

Pielāgota ģeometrija

CNC grieztām vai pielāgotas formas konstrukcijām, kuru pamatā ir konkrēti DAC moduļa izmēri.

Nav universālas “labākās” putu struktūras.

Pareiza konstrukcija ir atkarīga no sorbenta ķīmiskā sastāva un DAC sistēmas arhitektūras.

13. No materiālu pārbaudes līdz DAC moduļa validācijai

Praktisks izstrādes ceļš parasti nesākas ar pilna mēroga DAC sistēmu.

Efektīvāka pieeja ir šāda:

solis 1

Definējiet CO₂ sorbenta ķīmisko sastāvu

solis 2

Ekrānam piemērotas 3D atbalsta konstrukcijas

solis 3

Novērtēt sorbenta iekraušanas metodes

solis 4

Gaisa ātruma un spiediena krituma attiecības noteikšana

solis 5

CO₂ uzņemšanas un adsorbcijas kinētikas pārbaude

solis 6

Veiciet adsorbcijas-desorbcijas cikla testus

solis 7

Pāriet uz maza mēroga DAC moduļu validāciju

Tikai pēc šīm darbībām var novērtēt atbalsta konstrukcijas faktisko inženiertehnisko vērtību.

14. SINOYQX kopīga izstrāde DAC

SINOYQX izstrādā melamīna putas , hidrofobus porainus materiālus, aerogelu kompozītmateriālus un citas funkcionālas porainas struktūras.

Tiešas gaisa uztveršanas pielietojumiem mēs pētām melamīna putu inženiertehnisko potenciālu kā vieglu trīsdimensiju sorbenta nesēju.

Mūsu pašreizējā uzmanības centrā ir:

• Putu blīvums
• Poru struktūra
• Biezums
• Moduļa ģeometrija
• Gaisa ātrums
• Spiediena kritums
• Virsmas apstrāde
• Sorbenta ielāde
• Mitrums
• Riteņbraukšanas stabilitāte

Mūsu mērķis nav vienkārši piedāvāt “DAC putas”.

Mērķis ir palīdzēt izstrādes komandām novērtēt porainu atbalsta struktūru, kas atbilst viņu sorbenta ķīmijai, gaisa plūsmas prasībām, reģenerācijas metodei un moduļa dizainam.

Inženiertehniskā robeža

Pašas melamīna putas nevajadzētu raksturot kā DAC CO₂ sorbentu.

Potenciālie ieguvumi, kas saistīti ar atvērto šūnu struktūru, zemu blīvumu un mazu strukturālo masu, ir jāapstiprina, ņemot vērā faktisko sorbenta ķīmiju, gaisa plūsmas ātrumu, moduļa ģeometriju un darbības ciklu.

Materiāla līmeņa veiktspēja nav jāinterpretē kā līdzvērtīga pilnīgai DAC sistēmas energoefektivitātei vai CO₂ uztveršanas veiktspējai.

FAQ

Vai melamīna putas var tieši uztvert CO₂?

Standarta melamīna putas nevajadzētu uzskatīt par primāro CO₂ sorbentu DAC. Tās piemērotāka loma ir kā trīsdimensiju porainam atbalstam funkcionāliem sorbenta materiāliem.

Kāpēc spiediena kritums ir tik svarīgs DAC?

DAC sistēmām jāapstrādā ļoti lieli gaisa apjomi. Ja gaisa plūsmas pretestība ir pārāk liela, ir nepieciešama lielāka ventilatora jauda, ​​kas palielina papildu enerģijas patēriņu.

Kāpēc DAC gūst labumu no zemas termiskās masas balstiem?

Termiski reģenerētās sistēmās atbalsta konstrukcija var būt arī jāapsilda un jāatdzesē. Neaktīvās konstrukcijas masas samazināšana var samazināt materiāla daudzumu, kas atkārtoti iesaistīts termiskajā ciklā, lai gan kopējā sistēmas enerģija joprojām ir jāapstiprina eksperimentāli.

Kāda ir atšķirība starp atvērto šūnu putām un šūnveida struktūrām?

Šūnveida struktūrās parasti ir regulāri plūsmas kanāli, savukārt atvērtšūnu putās ir trīsdimensiju savstarpēji savienots poru tīkls. Abas struktūras atšķiras ar gaisa plūsmas uzvedību, virsmas ģeometriju, sorbenta slodzi un ražošanas elastību.

Kāds ir SINOYQX standarta melamīna putu tipiskais blīvums?

Standarta inženiertehniskās markas blīvums ir aptuveni 8.5 kg/m³. Funkcionālās markas jāizvēlas atbilstoši atbilstošajai tehniskajai specifikācijai vai projekta prasībām.

Kas vispirms jāpārbauda DAC atbalsta projektā?

Prioritārajā testēšanā jāiekļauj sorbenta slodze, spiediena kritums atkarībā no gaisa ātruma, CO₂ uzņemšana, adsorbcijas/desorbcijas kinētika, mitruma stabilitāte, pārklājuma adhēzija un cikla izturība.

CTA

Cietvielu sorbenta DAC moduļa izstrāde?

Ja jūs novērtējat strukturētu sorbenta nesēju, lūdzu, norādiet:

Sorbenta tips, gaisa plūsmas ātrums, moduļa izmēri, pieļaujamais spiediena kritums, darba temperatūra, reģenerācijas metode, apkārtējā gaisa mitrums, mērķa sorbenta slodze, cikliskās prasības

SINOYQX var atbalstīt dažādu putu blīvumu, biezumu, poru struktūru, virsmas apstrādes un pielāgotu ģeometriju novērtēšanu prototipu testēšanai.

Iesniedziet savus DAC projekta nosacījumus →