Recarbonは3Dプリントを使用してプラズマ炭素反応器を製造し、クリーンエネルギーの新しいソリューションを提供します。

この投稿は warrior bear によって 2024-1-1 20:45 に最後に編集されました。

はじめに: 現代の最も差し迫った問題の一つが気候変動であることは疑いの余地がありません。多くの科学者が言うように、この問題を解決する鍵は、化石燃料の消費を制限し、最終的には大気中に排出される温室効果ガスの量を減らすことです。解決策の一つは、風力や太陽光などの再生可能エネルギー源に目を向けることです。しかし、もう一つの差し迫った問題があります。私たちが化石燃料を採掘して使用している限り、これらの資源が地球に与える影響をどうしたら軽減できるのでしょうか?カリフォルニアに拠点を置く ReCarbon 社は、3D プリントを使用して社内の研究開発プロセスを推進することで、この疑問に答えたいと考えています。

プラズマ物理学者のジェイ・キム氏によって2011年に設立されたカリフォルニアを拠点とするこの企業は、二酸化炭素やメタンなどの温室効果ガスをクリーンエネルギーに変換するプラズマ炭素という解決策を開発した。ジェイ氏はこう言う。「同社は、今のところ汚染しかないループを作り出している。」同社の革新的なソリューションは、積層造形技術に大きく依存していることが判明しました。この技術により、ReCarbon のエンジニアは新しいコンセプトを探求し、システムを最適化する自由を得ることができたからです。
ReCarbonのPCCUテクノロジー
ReCarbon の研究開発担当シニア機械エンジニア、ポール・ヒチュワ氏は、「ReCarbon は、二酸化炭素 (CO2) やメタン (CH4) などの温室効果ガスをクリーンな燃料や製品に変換する炭素利用企業です。当社の使命は、廃棄物をメタノール、エタノール、水素、持続可能な航空燃料 (SAF) などの価値ある低炭素製品に変換することで、削減が困難な炭素排出産業や生物起源の資源を脱炭素化することです」と述べています。
この変換プロセスは、同社のプラズマ炭素変換ユニット（PCCU）によって可能になります。これは、ユニットあたり1日あたり最大900kgの水素を生成できるモジュール式のスケーラブルなシステムです。ヒチュワ氏は、ReCarbon の技術の仕組みについて次のように詳しく説明しました。「プラズマカーボンコンバーターは、ReCarbon 独自の浮遊マイクロ波プラズマ技術を使用して、温室効果ガスの結合を切断し、クリーンな燃料と製品を生成します。プラズマは二酸化炭素とメタンを、合成ガスとして知られる水素と一酸化炭素に変換します。これはすべて触媒なしで行われ、再生可能な電力で駆動できます。」
ヒチュワ氏は、この技術は多くの産業、特に「事業の脱炭素化と低炭素燃料や気候に良い製品の開発」を目指す炭素排出産業に利益をもたらす可能性があると述べた。これらの製品には、低炭素および無炭素エタノール、バイオガスからのクリーン水素、海運業界向けのグリーンメタノール、航空業界向けのSAFが含まれます。

プラズマ炭素変換ユニット (PCCU) は、ReCarbon の温室効果ガス処理システムです。 PCCU は炭素排出物を水素と合成ガスに変換し、化学薬品、燃料、エネルギーなどの製品に利用します。たとえば、標準の 40 フィートコンテナに 70 枚の排出ブレードが搭載されている場合、各 PCCU モジュールは 1 日あたり最大 900 kg の水素を生成できます。
R&Dにおける積層造形の役割<br /> ReCarbon では、付加製造が研究開発および生産プロセスの不可欠な部分となっています。まず、積層造形の適用により、ReCarbon チームはアジャイルな開発およびテストワークフローを確立でき、技術開発にかかる時間とコストを大幅に節約できました。一方、積層造形は、従来の製造プロセスでは不可能な新しい設計の可能性を切り開きます。
「当社は、技術を継続的に開発し、進化させています。そのために、当社の方向性を明確にし、研究開発を加速させる技術に頼っています」とヒチュワ氏は語ります。「これには、迅速な反復テストパラダイムが必要です。当社は、概念の考案を導くために数値流体力学 (CFD) を使用し、新しい原子炉設計を生み出す社内の製造および機械加工プロセスを強化するために高温合金の付加製造を使用し、データ収集と新しい設計のパフォーマンス評価のためにカスタムで構成可能なテストステーションを使用しています。」
△ReCarbon のイノベーションの核となるのは、信頼性、高スループット、エネルギー効率を兼ね備えた特許取得済みのマイクロ波プラズマ生成装置である Emission Blade です。
ReCarbon が開発サイクルで付加製造を使用していなかったら、数週間のスケジュールとあらゆるステップでの潜在的な遅延に直面していたでしょう。 Hichwa 氏の説明によると、従来の製造プロセスを使用した典型的な試作プロセスでは、材料の調達に 1 ～ 4 週間、材料を機械工場に送るのに 2 ～ 4 週間、後処理にさらに 2 ～ 4 週間かかります。しかし、社内で3Dプリントすることで、わずか1週間でテスト用の部品を生産できるようになります。「これは大幅な削減であり、拡大が絶対に必要でした」と彼は言います。「これにより、私たちのチームは実験、テスト、そして迅速な学習を行う自由が得られます。」

原子炉設計の最適化

ReCarbon は、付加製造技術を使用してテスト部品の試作を加速するだけでなく、この技術の設計の自由度を活用して、原子炉内の主要コンポーネントを最適化しています。「付加製造は、重要な部品の新しい形状を通じて、より堅牢で最適化された設計を可能にします。従来の減算製造では、簡単かつコスト効率よく製造できる形状の点で限界があります」とヒチュワ氏は語った。

たとえば、ReCarbon は金属積層造形技術を使用して、リアクター内の主要コンポーネントを再設計し、統合することができました。以前は、この部品は 5 つのカスタム機械加工部品で構成されており、それらを溶接して組み立てる必要がありました。これで、部品を単一のピースとして印刷し、最適化されたジオメトリのメリットを享受できるようになります。
問題の原子炉部品は、1200°C の温度に耐えられるニッケル・クロム・鉄・モリブデンの高温合金である EOS NickelAlloy HX を使用して、ReCarbon の社内 EOS M 290 マシンで印刷されました。 Hichwa 氏がまとめているように、ReCarbon による今回の積層造形の使用により、「全体的な部品コストが下がり、プロセスと部品の数を減らすことで不良部品のリスクが軽減され、サプライチェーンの複雑さが軽減され、この部品の動作範囲が広がりました。」
ReCarbonのソリューションが実装されています
ReCarbon の PCCU テクノロジーは、特に温室効果ガスの排出で悪名高い鉄鋼、化学、セメント製造などの業界で、炭素排出量を改善する可能性を間違いなく秘めています。ヒチュワ氏によれば、同社はすでにこれらの業界だけでなく、テクノロジー部門やクリーン燃料サプライヤーからも強い関心を集めているという。
同氏はさらに次のように付け加えた。「テクノロジーリーダーは、野心的な炭素削減目標を達成しようとしており、関心を示しています。当社のテクノロジーは、サプライチェーンの循環性を実現するという彼らの目標達成に役立ちます。クリーン燃料やクリーン製品の大手バイヤーも、当社がパートナーや協力者のネットワークを拡大し続け、廃棄物から低炭素製品や無炭素製品を生み出すエコシステムを構築していることに大きな関心を示しています。」

ReCarbon は、スケーラブルな PCCU テクノロジーのパイロットプロジェクトを 3 つ完了し、最近そのソリューションを商品化しました。実際、同社は2022年に石油探査・生産会社ウッドサイド・エナジーと提携し、主力の商業プロジェクトを立ち上げた。
ヒチュワ氏は次のように説明した。「この旗艦プロジェクトは、実証済みの炭素削減を達成するための技術を導入し、野心的な炭素削減目標を掲げる企業にとってのReCarbonの価値を実証しています。ReCarbonはまた、化学プロセス、発電所、埋立地、廃水処理場、有機廃棄物処理施設などのバイオ廃棄物源の脱炭素化を目指して、クリーンで低炭素、無炭素の燃料と製品を生産する米国、日本、韓国の企業と協力しています。」
最終的に、ReCarbon は、PCCU テクノロジーの開発と導入において 3D プリントが重要なソリューションであると考えています。ヒチュワ氏は次のように結論付けました。「積層造形は、ラピッドプロトタイピングを通じて研究開発に必要な時間を短縮するだけでなく、次世代機器の主要製造方法となる可能性も秘めています。これにより、サプライチェーンが短縮および簡素化され、部品数と複雑さが軽減され、工場機器の保守性が向上します。」

Recarbonは3Dプリントを使用してプラズマ炭素反応器を製造し、クリーンエネルギーの新しいソリューションを提供します。

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