コーネル大学とリソズ、クリーンエネルギー原子炉用の新しい3Dプリントセラミックスの開発資金を獲得

2022年9月5日、アンタークティックベアは、コーネル大学とそのスタートアップであるディメンショナルエナジーおよびリソズが共同で資金提供を受け、クリーンエネルギー原子炉部品の3Dプリント用の新しいセラミック材料を開発していることを知りました。
5万ドルの資金を調達した後、Lithozの研究者たちは現在、熱触媒反応器が作動する高温にさらに耐えられる新しいタイプのセラミックの開発を目指しています。研究チームは、コンピューターモデリングと3Dプリントを使用することで、得られた材料を、弾力性と反応炉のCO2変換率を向上させるように特別に設計された構造に重ねることが可能になるかもしれないと述べている。
「セラミック材料は、優れた耐熱性と耐腐食性を備えているため、これらの原子炉の製造に最適な材料ですが、設計上の大きな制限により、実際の性能が制限されます」と、このプログラムを率いるコーネル大学の助教授サダフ・ソバニ氏は語ります。「セラミックの付加製造によって可能になる設計の自由度と材料の選択により、理論と性能のギャップが解消され、望ましいマイルストーンを達成できます。」
△ディメンショナル・エナジー社がコーネル・マクガバン・センターで原子炉をテストしている。写真提供：コーネル大学。
Lithoz の LCM 3D プリント技術<br /> コーネル大学の研究者は、セラミック 3D プリントの豊富な経験を持つパートナーとともに、熱触媒反応器コンポーネントの性能向上に少なくとも 2 年間 Lithoz と協力してきました。 Lithoz の LCM 3D 印刷技術は、もともと 2006 年にウィーン工科大学で開発されたもので、超高解像度で複雑なセラミック構造を生成することができます。
実際には、このプロセスでは、セラミック粒子に分散された光硬化性材料を層ごとに重合して目的の形状にし、その後これらの材料を焼結して固体セラミック部品を形成します。 Lithoz によれば、同社の方法では、従来の方法で作られたセラミック部品の機械的特性と再現性を満たすか、それを上回る部品が生産されるという。
この技術を商品化するために、Lithoz は、マルチマテリアル積層造形機能を備えた CeraFab Multi 2M30 3D プリンターを含む複数のマシンにこの技術を統合しました。このシステムでは、セラミックと金属、セラミックとポリマー、セラミックとセラミックの組み合わせの製造を容易にし、ハイブリッドな機械的特性を持つ機能的にグレード化された部品の作成を可能にします。
最近、 Lithoz は手頃な価格の LCM 3D プリンターである CeraFab Lab L30 と、厚い壁と完全な密度を備えた最大 250 x 250 x 290 mm の大型オブジェクトを製造できる新しい CeraMax Vario V900 を発売しました。
長年にわたり、Lithoz は自社の技術の応用範囲を拡大する手段として、新しいセラミック材料の開発にも取り組んできました。たとえば、2019年に、LithozはCorningと共同で3Dプリントガラスセラミックを開発しましたが、これは当時、強靭で生体適合性のある超伝導体を作成する画期的な技術として称賛されました。
△LithozCeraFab Multi 2M30。写真提供：Lithoz。
コーネル大学が主導するグリーンエネルギーイニシアチブ
ニューヨークでのビジネス開発を促進するために設立された非営利団体FuzeHubからの5万ドルの資金は、実際にはDimensional Energyの運営を支援することを目的としています。コーネル大学が運営するこの企業は、エネルギー反応炉を使用して二酸化炭素を化学物質に変換し、それをクリーンな航空燃料に加工します。
ディメンショナル・エナジーは6月にユナイテッド航空から資金提供を受け、3億ガロンの燃料を購入することを約束されたが、この新興企業は熱触媒技術に依存しており、規模拡大が難しい可能性がある。
この特殊な反応炉は捕捉した二酸化炭素を変換することで効率的に機能しますが、コーネル大学自体が指摘しているように、ガスの非常に強力な分子結合を分割することは簡単な作業ではありません。このプロセスを最適化するために、コーネル大学が率いる研究チームは業界パートナーと協力し、炭素排出をより効率的に分解できる3Dプリントセラミックの開発に着手した。
これまでの研究成果を基に、研究チームは米国企業Lithozと共同で計算モデリングと3Dプリントに基づくアプローチを開発し、現在は最適化された性能を持つ原子炉部品の作成を計画している。その過程で、FuzeHubのエグゼクティブディレクターであるエレナ・ガルク氏は、研究者らが陸上のクリーンエネルギーへのアクセスを改善することで米国経済を活性化させると確信している。
「国内生産の強化は、より回復力のある経済を支える」とガルク氏は説明した。「今回の製造業助成金で選ばれたプロジェクトの多くは、先端材料に関係している。受賞者は技術的な課題に取り組む一方で、生産の海外移転も支援しており、これは特にパンデミック後の時代には、サプライチェーンの回復力にとって極めて重要だ」
△ Bosch Advanced Ceramics が開発した 3D プリントセラミックマイクロリアクターのレンダリング。画像提供：Bosch Advanced Ceramics。
セラミック 3D プリントの実際の応用<br /> 従来のセラミックはやや脆いものの、研究者や製造業者はこの問題を回避する方法を模索しており、航空宇宙、エネルギー、さらにはレーダー用途の部品にこの素材を 3D プリントしようとしています。
2022年5月、フランス宇宙機関は宇宙サブシステムの最適化のために3Dプリントの利用を調査していると発表した。同局によれば、3Dプリントされた酸化物セラミック材料をどのように利用して宇宙推進の主要サブシステムの設計を改善できるかを調査しているという。
Dimensional Energyと似たような状況で、Bosch Advanced Ceramicsは化学会社BASFおよびカールスルーエ工科大学と共同で、この材料を使用して世界初の3Dプリントセラミックマイクロリアクターを構築しました。 2022年7月に発表されたこの装置は、プロセス中に頻繁に発生する極端な条件に耐えるだけでなく、化学反応を抑制して促進するように設計されている。
昨年末、CeramTec 社は、水中用途向けの 3D プリント圧電ソナー部品の需要が高まっていることも明らかにしました。同社は、特に半球、ディスク、ブロック、チューブに重点を置いて、音響ソナー用途のパッシブおよびアクティブシステム用のカスタム PZT コンポーネントを製造しています。

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