Зошто директното зафаќање на воздух има потреба од 3D сорбентни потпори со низок пад на притисок и ниска топлинска маса

Зошто директното зафаќање на воздух има потреба од 3D сорбентни потпори со низок пад на притисок и ниска топлинска маса

Директното зафаќање на воздухот , или DAC, станува сè поважен технолошки пат во отстранувањето на јаглеродот.

За разлика од конвенционалното собирање јаглерод од концентриран индустриски гас за одвод, DAC работи со атмосферски воздух, каде што концентрацијата на CO₂ е многу помала.

Ова значи дека DAC системот мора континуирано да обработува многу голем волумен на воздух.

Како резултат на тоа, перформансите на DAC не можат да се евалуираат само со гледање на капацитетот за адсорпција на CO₂ на сорбентот.

Отпорот на протокот на воздух, контактот гас-цврста материја, имобилизацијата на сорбентот, структурната тежина, температурата на регенерација и стабилноста на циклусот можат да влијаат на целокупната ефикасност на системот.

Поради оваа причина, развојот на DAC постепено се движи од пристап само сорбенти кон поинтегриран инженерски модел:

Сорбентна хемија + Порозна структура + Проток на воздух + Термичко управување + Дизајн на модули

1. DAC не е само за сорбентот

Повеќето дискусии околу DAC природно се фокусираат на хемијата на сорбентите.

Заедничките области на истражување вклучуваат:

• Сорбенти базирани на амин
• Алкални материјали
• Метално-органски рамки
• Порозни полимери
• Функционални порозни материјали
• Хибридни цврсти сорбентни системи

Овие материјали се одговорни за хемиската интеракција со CO₂.

Сепак, сорбентот не може да работи независно во рамките на практичен DAC модул.

Мора да биде потпрен, обложен, имобилизиран или дистрибуиран во структура што овозможува поминување на воздухот, а воедно да се одржува доволен контакт помеѓу гасот и активниот сорбент.

Затоа, еден практичен DAC модул треба да одговори на две различни прашања:

Може ли сорбентот ефикасно да го зароби CO₂?

Може ли воздухот да се движи низ адсорпциската структура со прифатлива потрошувачка на енергија?

Второто прашање е каде структурираните сорбентни носачи стануваат особено важни.

2. Зошто падот на притисокот е важен кај DAC

Една од фундаменталните разлики помеѓу DAC и зафаќањето на јаглерод од точкест извор е волуменот на гас што мора да се обработи.

Бидејќи концентрацијата на CO₂ во атмосферата е ниска, DAC системот мора да помести голема количина воздух за да зароби значајна количина на CO₂.

Секоја структура поставена во протокот на воздух создава отпор.

Падот на притисокот може да се зголеми кога:

• Адсорпцискиот слој е премногу дебел
• Каналите на порите се премногу мали
• Сорбентното полнење е премногу густо
• Патеките на проток стануваат многу кривулести
• Премазите делумно ги блокираат отворените пори

Поголем пад на притисокот значи:

Поголема побарувачка за моќност на вентилаторот.

За големи DAC системи, оваа помошна побарувачка на енергија може директно да влијае на оперативната ефикасност и трошоците.

Затоа, важна инженерска цел е да се одржи доволно сорбентно оптоварување и контакт гас-цврста материја, а воедно да се минимизира отпорот на протокот на воздух.

3. Повеќе сорбент не е секогаш подобар

Од материјална гледна точка, зголемувањето на оптоварувањето со сорбенти на почетокот може да изгледа пожелно.

Но, во структуриран DAC систем, максималното оптоварување не е нужно оптимална состојба.

Ако прекумерниот сорбент ја блокира порозната структура, може да се појават неколку проблеми:

• Зголемен отпор на воздух
• Поголем пад на притисокот
• Намалени канали со отворен проток
• Пониска употреба на внатрешен сорбент
• Побавна кинетика на адсорпција
• Побавна десорпција

Вистинскиот предизвик во дизајнот е да се балансира:

Вчитување на сорбент × Пренос на маса × Пад на притисок

наместо само да се оптимизира полнењето со сорбент.

4. Зошто е важна и ниската топлинска маса

Многу DAC системи со цврст сорбент користат топлинска енергија за ослободување на заробен CO₂ и регенерирање на сорбентот.

За време на овој чекор на регенерација, енергијата може да се користи не само за загревање на самиот сорбент, туку и за загревање на:

• Структурата за поддршка
• Рамки
• Механички потпори
• Внатрешни компоненти на модулот
• Други неактивни материјали

Ако структурната потпора е тешка, секој циклус може да вклучува постојано загревање на значителна количина материјал што не придонесува директно за зафаќање на CO₂.

Затоа, намалувањето на неактивната структурна маса може да биде важна инженерска цел.

Поддршката со помала густина може потенцијално да ја намали количината на неактивен материјал вклучен во секој циклус на загревање и ладење.

Сепак, важно е да се биде прецизен:

Ниската густина не значи автоматски помала вкупна потрошувачка на енергија на DAC.

Вистинската енергија на системот зависи од топлинскиот капацитет, хемијата на сорбентите, температурата на регенерација, ефикасноста на пренос на топлина, архитектурата на модулот и дизајнот на работниот циклус.

Затоа, овие потенцијални предности мора да бидат експериментално потврдени.

5. Структурираните сорбенти стануваат сè поважни

Традиционалните системи на адсорпција честопати се потпираат на спакувани слоеви.

Спакуваните леи се едноставни и добро разбирливи, но тие можат да воведат инженерски ограничувања како што се:

• Комплексни патеки за проток на воздух
• Поголем пад на притисокот
• Абразија на честички
• Формирање прашина
• Нерамномерен пренос на топлина

Ова е една од причините зошто структурираните сорбенти добиваат сè поголемо внимание.

Концептот е едноставен:

Наместо модулот да се полни со лабави честички, сорбентот се дистрибуира врз или во рамките на однапред дизајнирана структура.

Ова им овозможува на инженерите независно да оптимизираат:

• Геометрија на каналот за проток
• Површина
• Дебелина на сорбентниот слој
• Пад на притисокот
• Трансфер на топлина
• Механичка стабилност

6. Споредба на вообичаени DAC сорбентни структури

Ниту една структура не е оптимална за секој DAC систем.

Точната архитектура зависи од:

• Стапка на проток на воздух
• Сорбентна хемија
• Метод на регенерација
• Димензии на модулот
• Целен век на траење

7. Зошто вреди да се оцени пената со отворени ќелии

Пената со отворени ќелии се однесува поинаку од структурата во форма на саќе.

Саќето обично содржи релативно правилни, прави канали.

Пената со отворени клетки содржи меѓусебно поврзана тродимензионална мрежа од пори.

Ова му овозможува на гасот да патува низ повеќе патишта во материјалот.

Од инженерска перспектива, оваа структура може да понуди неколку интересни карактеристики.

3D патеки на проток на воздух

Меѓусебно поврзаниот порен систем овозможува воздухот да поминува низ структурата во повеќе насоки.

Ова може да помогне во создавање поефикасна интеракција помеѓу гасниот тек и функционалната сорбентна површина.

Мала структурна тежина

Пената со мала густина може да зафаќа релативно голем волумен додека користи релативно мала количина на потпорен материјал.

Ова може да биде корисно кај DAC модулите каде што и структурната тежина и топлинската маса се важни.

Прилагодлива структура

Дебелината, димензиите, густината и површинската обработка можат да се прилагодат на различни концепти на модули.

Лесна конверзија

Пената со отворени ќелии може да се сече, да се обработува со CNC машина, да се ламинира или да се конвертира во различни геометрии на прототипови.

Ова може да биде особено корисно за време на развојот на DAC модулот во рана фаза.

8. Потенцијалната улога на меламинската пена во DAC

SINOYQX меламинската пена е тродимензионален порозен материјал со отворени ќелии со ниска густина.

Типичната густина на стандардниот инженерски степен е приближно:

8.5 кг / мXNUMX

Од перспектива на DAC инженерството, може да се оцени како:

Лесна 3D сорбентна поддршка

Неговата потенцијална улога не е самиот да дејствува како CO₂ сорбент, туку да обезбеди:

• Тридимензионална порозна потпорна структура
• Патишта на проток на воздух
• Подлога за имобилизација со сорбент
• Геометрија на модулот што може да се прилагоди
• Мала структурна маса

9. Меламинската пена не е CO₂ Сорбент

Оваа разлика е важна.

Стандардната меламинска пена не треба да се претставува како директен CO₂ сорбент за DAC.

Во DAC систем, вистинската функција за зафаќање на CO₂ доаѓа од материјали со соодветен хемиски афинитет или селективност за CO₂.

Овие можат да вклучуваат:

• Амин-функционални материјали
• Метално-органски рамки
• Алкални сорбенти
• Функционални порозни полимери
• Други CO₂-селективни сорбентни системи

Пореалистичната улога на меламинската пена е да служи како тродимензионална структурна поддршка за овие активни материјали.

Затоа, конечниот материјален систем на DAC треба да се разбере како:

3D поддршка + функционален сорбент

наместо како единствен материјал од пена.

10. Како можат сорбенти да се натоварат на 3D пена?

Ова е едно од централните прашања за развој.

Во зависност од хемијата на сорбентот, можат да се евалуираат неколку пристапи за полнење.

Површинска облога

Функционален сорбентен слој се нанесува на скелетот од пена.

Импрегнација

Структурата со отворени ќелии е импрегнирана со функционален материјал.

Функционализација на полимери

Површината на пената е хемиски или физички модифицирана со функционални групи или полимери.

Композитна структура

Пената е комбинирана со мембрани, влакна, премази или други слоеви што содржат сорбенти.

Секоја рута може да влијае на:

• Сорбентно полнење
• Затнати пори
• Пад на притисокот
• Кинетика на адсорпција
• Адхезија на облогата
• Издржливост на возење велосипед

Поради оваа причина, методот на оптоварување мора да се оцени заедно со структурата.

11. Што треба да се тестира кај DAC сорбентна подлога?

Материјалот не треба да се избира за DAC само врз основа на густина или порозност.

Поважниот чекор е валидацијата на инженерството на ниво на модул.

Пад на притисок наспроти брзина на воздух

Измерете го падот на притисокот во опсег на брзини на протокот на воздух.

Ова е еден од најважните показатели за аеродинамичните перформанси.

Вчитување на сорбент

Определете колку функционален сорбент може стабилно да се наполни по единица маса или волумен на носач.

Апсорпција на CO₂

Корисно е да се евалуираат и двете:

g CO₂ / kg сорбент

кг CO₂ / м³ Модул

бидејќи практичните DAC системи се исто така ограничени од волуменот на модулите.

Сорпциска кинетика

Измерете колку брзо CO₂ може да достигне и да реагира со сорбентот.

Кинетика на десорпција

Измерете колку ефикасно може да се ослободи CO₂ за време на регенерацијата.

Термичка маса

Оценете го термичкото оптоварување поврзано со пената, сорбентот и другите структурни материјали.

Стабилност на влажност

Амбиенталниот воздух содржи влага, па затоа мора да се земат предвид ефектите на влажноста и врз сорбентот и врз потпорната структура.

Стабилност на велосипедизмот

Долгорочното работење на DAC бара повторени циклуси на адсорпција-десорпција.

Главните набљудувања вклучуваат:

• Губење на сорбенти
• Напукнување на облогата
• Деформација на пена
• Промени во падот на притисокот
• Намалување на капацитетот на адсорпција

12. Различни DAC системи може да имаат потреба од различни структури од пена

SINOYQX пристапува кон DAC како апликација за заеднички развој, а не како единечна фиксна пена.

Потенцијалните материјални насоки вклучуваат:

Стандардна пена со отворени ќелии

За полнење со сорбент во рана фаза и скрининг на материјал.

Структура со низок пад на притисок

За системи каде што отпорот на протокот на воздух и енергијата на вентилаторот се особено важни.

Хидрофобна пена

За оценување на структурното однесување во услови на висока влажност на воздухот.

Зајакната пена

За модули на кои им е потребна подобрена механичка стабилност.

Прилагодена геометрија

За CNC-сечени или обликувани структури врз основа на специфични димензии на DAC модулот.

Не постои универзална „најдобра“ структура од пена.

Точниот дизајн зависи од хемијата на сорбентот и архитектурата на DAC системот.

13. Од скрининг на материјали до валидација на DAC модул

Практичниот пат на развој обично не започнува со целосен DAC систем.

Поефикасен пристап е:

Чекор 1

Дефинирајте ја хемијата на CO₂ сорбентот

Чекор 2

Соодветни 3D потпорни структури за екран

Чекор 3

Оценете ги методите за полнење со сорбент

Чекор 4

Утврдете ја врската помеѓу брзината на воздухот и падот на притисокот

Чекор 5

Тестирање на кинетиката на апсорпција и адсорпција на CO₂

Чекор 6

Спроведете тестови за циклус на адсорпција-десорпција

Чекор 7

Преминете кон валидација на DAC модули во мал обем

Само по овие чекори може да се процени вистинската инженерска вредност на потпорната конструкција.

14. SINOYQX Заеднички развој за DAC

SINOYQX развива меламинска пена , хидрофобни порозни материјали, аерогел композити и други функционални порозни структури.

За апликации со директно зафаќање на воздухот, го истражуваме инженерскиот потенцијал на меламинската пена како лесна тродимензионална сорбентна носач.

Нашиот тековен фокус вклучува:

• Густина на пена
• Структура на порите
• Дебелина
• Геометрија на модулот
• Брзина на воздухот
• Пад на притисокот
• Површински третман
• Сорбентно полнење
• Влажност
• Стабилност на возење велосипед

Нашата цел не е само да понудиме „DAC пена“.

Целта е да им се помогне на развојните тимови да проценат порозна потпорна структура што одговара на нивната хемија на сорбенти, барања за проток на воздух, метод на регенерација и дизајн на модули.

Инженерска граница

Самата меламинска пена не треба да се опишува како DAC CO₂ сорбент.

Потенцијалните придобивки поврзани со структурата со отворени ќелии, ниската густина и ниската структурна маса мора да се потврдат според реалната хемија на сорбентите, брзината на протокот на воздух, геометријата на модулот и работниот циклус.

Перформансите на ниво на материјал не треба да се толкуваат како еквивалентни на целосната енергетска ефикасност на DAC системот или перформансите на зафаќање на CO₂.

NAJČESTO POSTAVUVANI PRAŠANJA

Може ли меламинската пена директно да го зароби CO₂?

Стандардната меламинска пена не треба да се смета за примарен сорбент на CO₂ во DAC. Нејзината посоодветна улога е како тродимензионална порозна подлога за функционални сорбентни материјали.

Зошто падот на притисокот е толку важен кај DAC?

DAC системите мора да обработуваат многу големи количини на воздух. Ако отпорот на протокот на воздух е превисок, потребна е поголема моќност на вентилаторот, што ја зголемува потрошувачката на помошна енергија.

Зошто DAC има корист од потпори со ниска термичка маса?

Во термички регенерираните системи, потпорната структура можеби ќе треба да се загрева и лади. Намалувањето на неактивната структурна маса може да ја намали количината на материјал што постојано се вклучува во термичкиот циклус, иако вкупната енергија на системот сè уште мора експериментално да се потврди.

Која е разликата помеѓу пената со отворени клетки и структурите во форма на саќе?

Структурите во облик на саќе обично содржат канали за правилен проток, додека пената со отворени ќелии содржи тридимензионална мрежа на меѓусебно поврзани пори. Двете структури се разликуваат во однесувањето на протокот на воздух, геометријата на површината, оптоварувањето со сорбенти и флексибилноста на производството.

Која е типичната густина на стандардната меламинска пена SINOYQX?

Стандардната инженерска оценка има типична густина од приближно 8.5 kg/m³. Функционалните оценки треба да се изберат според соодветната техничка спецификација или барање на проектот.

Што треба прво да се тестира во проект за поддршка на DAC?

Приоритетното тестирање треба да вклучува полнење со сорбент, пад на притисок во однос на брзината на воздухот, апсорпција на CO₂, кинетика на адсорпција/десорпција, стабилност на влажност, адхезија на премазот и издржливост на циклусот.

CTA

Развивање на DAC модул со цврсти сорбенти?

Доколку оценувате структурирана сорбентна подлога, ве молиме наведете:

Тип на сорбент, брзина на проток на воздух, димензии на модулот, дозволен пад на притисок, работна температура, метод на регенерација, влажност на околината, целно полнење на сорбент, барања за циклус

SINOYQX може да поддржи евалуација на различни густини на пена, дебелини, структури на пори, површински третмани и прилагодени геометрии за тестирање на прототипови.

Поднесете ги условите за вашиот проект DAC →