Miks on otsese õhu püüdmise jaoks vaja väikese rõhulanguse ja väikese soojusmassiga 3D-sorbenttoesteid?

Miks on otsese õhu püüdmise jaoks vaja väikese rõhulanguse ja väikese soojusmassiga 3D-sorbenttoesteid?

Otsene õhust püüdmine ehk DAC on muutumas üha olulisemaks tehnoloogiliseks viisiks süsiniku eemaldamisel.

Erinevalt tavapärasest süsiniku kogumisest kontsentreeritud tööstuslikust suitsugaasist töötab DAC atmosfääriõhuga, kus CO₂ kontsentratsioon on palju madalam.

See tähendab, et DAC-süsteem peab pidevalt töötlema väga suurt õhuhulka.

Seetõttu ei saa DAC-i toimivust hinnata ainult sorbendi CO₂ adsorptsioonivõime põhjal.

Õhuvoolu takistus, gaasi ja tahke aine kontakt, sorbendi immobiliseerimine, konstruktsiooni kaal, regenereerimistemperatuur ja tsükli stabiilsus võivad kõik mõjutada süsteemi üldist efektiivsust.

Sel põhjusel liigub DAC-i arendus järk-järgult ainult sorbendil põhinevast lähenemisviisist integreerituma insenerimudeli poole:

Sorbendikeemia + poorne struktuur + õhuvool + soojusjuhtimine + moodulite disain

1. DAC ei puuduta ainult sorbenti

Enamik DAC-i puudutavaid arutelusid keskendub loomulikult sorbendi keemiale.

Levinud uurimisvaldkonnad hõlmavad järgmist:

• Amiinipõhised sorbendid
• Leeliselised materjalid
• Metall-orgaanilised karkassid
• Poorsed polümeerid
• Funktsionaalsed poorsed materjalid
• Hübriidsed tahked sorbendisüsteemid

Need materjalid vastutavad keemilise interaktsiooni eest CO₂-ga.

Siiski ei saa sorbent praktilises DAC-moodulis iseseisvalt töötada.

See peab olema toestatud, kaetud, fikseeritud või jaotatud struktuuri sisse, mis laseb õhul läbi pääseda, säilitades samal ajal piisava kontakti gaasi ja aktiivse sorbendi vahel.

Seega peab praktiline DAC- moodul vastama kahele erinevale küsimusele:

Kas sorbent suudab CO₂ -d tõhusalt kinni püüda?

ja

Kas õhk saab liikuda läbi adsorptsioonistruktuuri vastuvõetava energiatarbimisega?

Teine küsimus on see, kus muutuvad struktureeritud sorbendi toed eriti oluliseks.

2. Miks on rõhulang DAC-is oluline

Üks DAC-i ja punktressursi süsiniku kogumise põhilisi erinevusi on töödeldava gaasi maht.

Kuna atmosfääri CO₂ kontsentratsioon on madal, peab DAC-süsteem olulise CO₂ koguse püüdmiseks liigutama suures koguses õhku.

Iga õhuvoolu paigutatud konstruktsioon tekitab takistust.

Rõhu langus võib suureneda, kui:

• Adsorptsioonikiht on liiga paks
• Poorikanalid on liiga väikesed
• Sorbendi koormus on liiga tihe
• Vooluteed muutuvad väga looklevaks
• Katted blokeerivad osaliselt avatud poorid

Suurem rõhulang tähendab:

Suurem ventilaatori võimsustarve.

Suuremahuliste DAC-süsteemide puhul võib see abienergiavajadus otseselt mõjutada töö efektiivsust ja kulusid.

Seetõttu on oluline insenerieesmärk säilitada piisav sorbendi sisaldus ja gaasi ja tahke aine kontakt, minimeerides samal ajal õhuvoolu takistust.

3. Rohkem sorbenti pole alati parem

Materjalide vaatenurgast võib sorbendi koormuse suurendamine esialgu tunduda soovitav.

Kuid struktureeritud DAC-süsteemis ei ole maksimaalne koormus tingimata optimaalne tingimus.

Kui liigne sorbent blokeerib poorse struktuuri, võib tekkida mitu probleemi:

• Suurem õhuvoolu takistus
• Suurem rõhulangus
• Vähendatud avatud voolukanalid
• Sisemise sorbendi väiksem kasutamine
• Aeglasem adsorptsioonikineetika
• Aeglasem desorptsioon

Tegelik disainiväljakutse on tasakaalustada:

Sorbendi laadimine × Massiülekanne × Rõhulangus

selle asemel, et optimeerida ainult sorbendi laadimist.

4. Miks on oluline ka madal termiline mass

Paljud tahke sorbendiga DAC-süsteemid kasutavad kinnipüütud CO₂ vabastamiseks ja sorbendi regenereerimiseks soojusenergiat.

Selle regenereerimisetapi käigus võib energiat kasutada mitte ainult sorbendi enda soojendamiseks, vaid ka järgmiste ainete soojendamiseks:

• Tugistruktuur
• Raamid
• Mehaanilised toed
• Sisemised mooduli komponendid
• Muud mitteaktiivsed materjalid

Kui tugikonstruktsioon on raske, võib iga tsükkel hõlmata korduvalt märkimisväärse koguse materjali kuumutamist, mis ei aita otseselt kaasa CO₂ kogumisele.

Seega võib mitteaktiivse konstruktsioonimassi vähendamine olla oluline insenerieesmärk.

Madalama tihedusega tugimaterjal võib potentsiaalselt vähendada igas kütte- ja jahutustsüklis osaleva mitteaktiivse materjali hulka.

Siiski on oluline olla täpne:

Madal tihedus ei tähenda automaatselt väiksemat DAC-i energiatarbimist.

Süsteemi tegelik energia sõltub soojusmahtuvusest, sorbendi keemiast, regenereerimistemperatuurist, soojusülekande efektiivsusest, mooduli arhitektuurist ja töötsükli ülesehitusest.

Seetõttu tuleb neid potentsiaalseid eeliseid eksperimentaalselt valideerida.

5. Struktureeritud sorbendid muutuvad üha olulisemaks

Traditsioonilised adsorptsioonisüsteemid tuginevad sageli pakitud kihtidele.

Täispakitud voodid on lihtsad ja hästi mõistetavad, kuid need võivad kaasa tuua tehnilisi piiranguid, näiteks:

• Komplekssed õhuvooluteed
• Suurem rõhulangus
• Osakeste hõõrdumine
• Tolmu teke
• Ebaühtlane soojusülekanne

See on üks põhjus, miks struktureeritud sorbendid üha enam tähelepanu saavad.

Kontseptsioon on lihtne:

Mooduli lahtiste osakestega täitmise asemel jaotatakse sorbent eelnevalt kavandatud struktuurile või selle sisse.

See võimaldab inseneridel iseseisvalt optimeerida:

• Voolukanali geomeetria
• Pindala
• Sorbendi kihi paksus
• Rõhulangus
• Soojusülekanne
• Mehaaniline stabiilsus

6. Levinud DAC-i sorbendistruktuuride võrdlus

Ükski struktuur pole iga DAC-süsteemi jaoks optimaalne.

Õige arhitektuur sõltub:

• Õhuvoolu kiirus
• Sorbentkeemia
• Regenereerimismeetod
• Mooduli mõõtmed
• Sihtotstarbeline kasutusiga

7. Miks tasub avatud pooridega vahtu hinnata?

Avatud pooridega vaht käitub kärgstruktuuriga võrreldes erinevalt.

Kärgstruktuur sisaldab tavaliselt suhteliselt korrapäraseid, sirgeid kanaleid.

Avatud pooridega vaht sisaldab omavahel ühendatud kolmemõõtmelist pooride võrgustikku.

See võimaldab gaasil liikuda materjali sees mitmel viisil.

Inseneri vaatenurgast võib see struktuur pakkuda mitmeid huvitavaid omadusi.

3D õhuvooluteed

Omavahel ühendatud pooride võrgustik võimaldab õhul läbida struktuuri mitmes suunas.

See võib aidata luua tõhusama interaktsiooni gaasivoo ja funktsionaalse sorbendi pinna vahel.

Madal konstruktsioonikaal

Madala tihedusega vaht võib suhteliselt väikese koguse tugimaterjali kasutades hõivata suhteliselt suure mahu.

See võib olla kasulik DAC-moodulites, kus nii konstruktsioonikaal kui ka soojusmass on olulised.

Reguleeritav konstruktsioon

Paksust, mõõtmeid, tihedust ja pinnatöötlust saab kohandada erinevate moodulikontseptsioonidega.

Lihtne teisendamine

Avatud pooridega vahtu saab lõigata, CNC-masinaga töödelda, lamineerida või muuta erinevateks prototüüpgeomeetriateks.

See võib olla eriti kasulik DAC-mooduli varajases arendusjärgus.

8. Melamiinvahu potentsiaalne roll DAC-is

SINOYQX melamiinvaht on madala tihedusega, kolmemõõtmeline avatud pooridega poorne materjal.

Standardse inseneriklassi tüüpiline tihedus on ligikaudu:

8.5 kg / m³

DAC-i inseneri seisukohast saab seda hinnata järgmiselt:

Kerge 3D-sorbentne tugimaterjal

Selle potentsiaalne roll ei ole toimida CO₂ sorbendina, vaid pakkuda:

• Kolmemõõtmeline poorne tugistruktuur
• Õhuvooluteed
• Sorbendi immobiliseerimise substraat
• Kohandatav mooduli geomeetria
• Madal konstruktsioonimass

9. Melamiinvaht ei ole CO₂ Sorbent

See eristamine on oluline.

Standardset melamiinvahtu ei tohiks DAC-i otsese CO₂ sorbendina esitleda.

DAC-süsteemis tuleb tegelik CO₂ püüdmise funktsioon materjalidest, millel on CO₂ suhtes sobiv keemiline afiinsus või selektiivsus.

Nende hulka võivad kuuluda:

• Amiinfunktsionaalsed materjalid
• Metall-orgaanilised karkassid
• Leeliselised sorbendid
• Funktsionaalsed poorsed polümeerid
• Muud CO₂-selektiivsed sorbendisüsteemid

Melamiinvahu realistlikum roll on olla nende aktiivsete materjalide kolmemõõtmeline struktuuriline tugi.

Seega tuleks lõplikku DAC-materjalide süsteemi mõista järgmiselt:

3D-tugi + funktsionaalne sorbent

mitte ühe vahumaterjalina.

10. Kuidas saab sorbente 3D-vahule laadida?

See on üks keskseid arenguküsimusi.

Sõltuvalt sorbendi keemilisest koostisest saab hinnata mitmeid laadimisviise.

Pinnakate

Vahtkarkassile kantakse funktsionaalne sorbendikiht.

Impregneerimine

Avatud pooridega struktuur on immutatud funktsionaalse materjaliga.

Polümeeri funktsionaliseerimine

Vahtpinda modifitseeritakse keemiliselt või füüsikaliselt funktsionaalsete rühmade või polümeeridega.

Komposiit struktuur

Vaht kombineeritakse membraanide, kiudude, katete või muude sorbenti sisaldavate kihtidega.

Iga marsruut võib mõjutada:

• Sorbendi laadimine
• Pooride ummistus
• Rõhulangus
• Adsorptsioonikineetika
• Katte nakkuvus
• Jalgrattasõidu vastupidavus

Sel põhjusel tuleb laadimismeetodit hinnata koos konstruktsiooniga.

11. Mida tuleks DAC-i sorbendi toes testida?

DAC-i materjali ei tohiks valida ainult tiheduse või poorsuse põhjal.

Olulisem samm on mooduli tasemel inseneritöö valideerimine.

Rõhulang vs õhu kiirus

Mõõda rõhulangust õhuvoolu kiiruste vahemikus.

See on üks aerodünaamilise jõudluse olulisemaid näitajaid.

Sorbendi laadimine

Määrake, kui palju funktsionaalset sorbenti saab stabiilselt laadida tugiaine massi- või mahuühiku kohta.

CO₂ omastamine

Kasulik on hinnata mõlemat:

g CO₂ / kg sorbenti

ja

kg CO₂ / m³ moodul

sest praktilisi DAC-süsteeme piirab ka mooduli maht.

Sorptsioonikineetika

Mõõda, kui kiiresti CO₂ sorbendini jõuab ja sellega reageerib.

Desorptsioonikineetika

Mõõda, kui tõhusalt saab regenereerimise ajal CO₂ vabaneda.

Termiline mass

Hinnake vahu, sorbendi ja muude konstruktsioonimaterjalidega seotud termilist koormust.

Niiskuse stabiilsus

Ümbritsev õhk sisaldab niiskust, seega tuleb arvestada niiskuse mõjuga nii sorbendile kui ka tugistruktuurile.

Jalgrattasõidu stabiilsus

DAC-i pikaajaline töö nõuab korduvaid adsorptsiooni-desorptsioonitsükleid.

Peamised tähelepanekud hõlmavad järgmist:

• Sorbendi kadu
• Katte pragunemine
• Vahtmaterjali deformatsioon
• Rõhulanguse muutused
• Adsorptsioonivõime langus

12. Erinevad DAC-süsteemid võivad vajada erinevaid vahtstruktuure

SINOYQX läheneb DAC-ile pigem ühise arendusrakendusena kui ühe fikseeritud vahuklassina.

Võimalike materiaalsete suundade hulka kuuluvad:

Standardne avatud pooridega vaht

Varajases staadiumis sorbendi laadimiseks ja materjali sõelumiseks.

Madala rõhulangusega struktuur

Süsteemidele, kus õhuvoolu takistus ja ventilaatori energia on eriti olulised.

Hüdrofoobne vaht

Konstruktsioonide käitumise hindamiseks kõrge õhuniiskuse tingimustes.

Tugevdatud vaht

Moodulite jaoks, mis vajavad paremat mehaanilist stabiilsust.

Kohandatud geomeetria

CNC-lõigatud või eritellimusel valmistatud konstruktsioonide jaoks, mis põhinevad konkreetsetel DAC-mooduli mõõtmetel.

Universaalset "parimat" vahustruktuuri pole olemas.

Õige disain sõltub sorbendi keemiast ja DAC-süsteemi arhitektuurist.

13. Materjalide sõelumisest DAC-mooduli valideerimiseni

Praktiline arendustee ei alga tavaliselt täismõõdulise DAC-süsteemiga.

Tõhusam lähenemisviis on:

Samm 1

Defineerige CO₂ sorbendi keemiline koostis

Samm 2

Sobivate 3D-tugistruktuuride sõelumine

Samm 3

Hinnake sorbendi laadimise meetodeid

Samm 4

Õhukiiruse ja rõhulanguse seose kindlakstegemine

Samm 5

Testi CO₂ omastamise ja adsorptsiooni kineetikat

Samm 6

Tehke adsorptsiooni-desorptsiooni tsüklilised testid

Samm 7

Liikuge väikesemahulise DAC-mooduli valideerimise juurde

Alles pärast neid samme saab hinnata tugikonstruktsiooni tegelikku insenertehnilist väärtust.

14. SINOYQXi ühine arendus DAC-i jaoks

SINOYQX arendab melamiinvahtu , hüdrofoobseid poorseid materjale, aerogeeli komposiite ja muid funktsionaalseid poorseid struktuure.

Otsese õhu püüdmise rakenduste jaoks uurime melamiinvahu inseneripotentsiaali kerge kolmemõõtmelise sorbendi toena.

Meie praegune fookus hõlmab järgmist:

• Vahu tihedus
• Pooride struktuur
• LOHVI PAKSUS
• Mooduli geomeetria
• Õhu kiirus
• Rõhulangus
• Pinnatöötlus
• Sorbendi laadimine
• Niiskus
• Jalgrattasõidu stabiilsus

Meie eesmärk ei ole lihtsalt pakkuda „DAC-vahtu“.

Eesmärk on aidata arendusmeeskondadel hinnata poorse tugistruktuuri sobivust sorbendikeemia, õhuvoolu nõuete, regenereerimismeetodi ja mooduli disainiga.

Inseneri piir

Melamiinvahtu ennast ei tohiks kirjeldada DAC CO₂ sorbendina.

Avatud pooridega struktuuri, madala tiheduse ja väikese struktuurmassiga seotud potentsiaalseid eeliseid tuleb valideerida tegeliku sorbendi keemia, õhuvoolu kiiruse, mooduli geomeetria ja töötsükli tingimustes.

Materjali tasemel toimivust ei tohiks tõlgendada samaväärsena täieliku DAC-süsteemi energiatõhususe või CO₂ kogumise toimivusega.

KKK

Kas melamiinvaht suudab CO₂ -d otse kinni püüda?

Standardset melamiinvahtu ei tohiks pidada DAC-i peamiseks CO₂ sorbendiks. Selle sobivam roll on funktsionaalsete sorbentmaterjalide kolmemõõtmelise poorse toena.

Miks on rõhulang DAC-is nii oluline?

DAC-süsteemid peavad töötlema väga suuri õhukoguseid. Kui õhuvoolu takistus on liiga suur, on vaja suuremat ventilaatori võimsust, mis suurendab abienergia tarbimist.

Miks on DAC-il madala soojusmassiga toed kasulikud?

Termiliselt regenereeritud süsteemides võib olla vaja ka tugistruktuuri kuumutada ja jahutada. Mitteaktiivse konstruktsioonimassi vähendamine võib vähendada termilises tsüklis korduvalt osaleva materjali hulka, kuigi süsteemi koguenergiat tuleb siiski eksperimentaalselt valideerida.

Mis vahe on avatud pooridega vahul ja kärgstruktuuril?

Kärgstruktuuridel on tavaliselt regulaarsed voolukanalid, samas kui avatud pooridega vahtplastil on kolmemõõtmeline omavahel ühendatud pooride võrgustik. Need kaks struktuuri erinevad õhuvoolu käitumise, pinna geomeetria, sorbendi sisalduse ja tootmispaindlikkuse poolest.

Milline on SINOYQX standardse melamiinvahu tüüpiline tihedus?

Standardse inseneriklassi tüüpiline tihedus on umbes 8.5 kg/m³. Funktsionaalsed klassid tuleks valida vastavalt vastavale tehnilisele kirjeldusele või projekti nõuetele.

Mida tuleks DAC-i tugiprojektis kõigepealt testida?

Prioriteetsete testide hulka peaksid kuuluma sorbendi sisaldus, rõhulangus õhukiiruse suhtes, CO₂ omastamine, adsorptsiooni/desorptsiooni kineetika, niiskusstabiilsus, katte adhesioon ja tsükliline vastupidavus.

CTA

Tahke sorbendi DAC-mooduli arendamine?

Kui hindate struktureeritud sorbendikandjat, palun esitage järgmine teave:

Sorbendi tüüp, õhuvoolu kiirus, mooduli mõõtmed, lubatud rõhulang, töötemperatuur, regenereerimismeetod, ümbritseva õhuniiskus, sorbendi sihtkogus, tsüklinõuded

SINOYQX saab toetada prototüübi testimiseks erinevate vahttiheduste, paksuste, pooride struktuuride, pinnatöötluste ja kohandatud geomeetriate hindamist.

Esitage oma DAC-projekti tingimused →