米国エネルギー省は石炭ベースの3Dプリント材料の研究に700万ドルを支出

はじめに: 気候問題がますます深刻になるにつれ、3D プリント業界は他の多くの業界と同様に、二酸化炭素排出量と合成ポリマーの使用を削減するための持続可能な開発計画を開始し続けています。
アンタークティック・ベアは、米国エネルギー省（DOE）化石エネルギー・炭素管理局（FECM）が2021年10月5日に資金提供を発表し、石炭ベースの付加製造材料と石炭由来のグラファイト材料の開発に焦点を当てた7つの研究開発プロジェクトを約700万米ドル（約4,506万人民元）で支援することを知りました。これは、石炭廃棄物の有効活用により、2035年までに100％再生可能なグリーンエネルギーを達成するという目標を加速させようとする米国の試みを反映している。
△ 鉱山からの石炭や、尾鉱やフライアッシュなどの石炭廃棄物は、3Dプリント用途に適した原材料です。国立エネルギー技術研究所（NETL）の炭素鉱石処理プログラムの監督の下、これら7つの持続可能な開発プロジェクトは、尾鉱や灰などの石炭廃棄物をより有効に活用するための新技術の研究開発を目指しています。これらのプロジェクトでは、3D プリント用の新しいフィラメントや、バッテリーや燃料電池などの用途向けの持続可能なグラファイトベースの材料の開発に取り組んでいます。
△先進的な石炭処理バリューチェーン
選ばれた7つのプロジェクトは次のとおりです。
産業サービス向け付加製造のための石炭強化 PEEK フィラメント製造 – 石炭由来のグラフェン強化ポリエーテルエーテルケトン (PEEK) フィラメントを使用して、Baker Hughes Energy Transition LLC は、 PEEK と石炭強化 PEEK を基準としてシール、ガスケット、ワッシャー、サポートリングなどの厳選された部品セットを製造し、全体的なパフォーマンスを比較します。
熱溶解積層法のためのスクラップ強化フィラメントによる炭化構造の付加製造 - オハイオ大学は、建築/建設、工具、金属鋳造業界向けのオブジェクトを作成するために FDM プリンターで使用できる炭化フィラメントを開発しています。石炭ベースのフィラメントは、石炭廃棄物を優れた性能とコストで FDM フィラメントに変換するなど、環境、産業、3D 印刷の利点を提供します。
高温プラスチックおよびセラミック複合材料の付加製造のための石炭廃棄物強化フィラメント – SemplasticsEHC は、 2 種類の石炭廃棄物に適した市販の 3D プリンターフィラメント材料を開発およびテストしています。このプロジェクトでは、最適なフィラメント配合を使用していくつかのデモ製品を生産します。
石炭由来のグラフェン粒子結合フィラメントの実験室規模の生産 – デラウェア大学は、 FDM 3D プリント用の高炭素含有量フィラメントを作成するための実験室規模の製造プロセスを開発しました。このプロジェクトでは、米国の石炭廃棄物から得られるグラフェン粒子を原料として使用する予定だ。提案された技術は、合成繊維の研究開発と製造における米国のリーダーシップを強化することになるだろう。
炭素サプライチェーンの廃棄物と副産物を利用してエネルギー貯蔵用途のグラファイトを製造 – オハイオ大学は、石炭廃棄物と副産物を原料として使用して、バッテリーグレードのグラファイト材料を製造しています。このプロジェクトでは、石炭由来のグラファイトの物理的特性と市販のバッテリーグレードのグラファイトを比較します。潜在的な影響としては、バッテリーグレードのグラファイトの海外供給源への米国の依存度が下がるとともに、アパラチア地方の経済的に低迷している地域で広範囲にわたる賃金雇用が創出されることなどが挙げられます。
石炭廃棄物から合成された成形グラファイト製品 - タッチストーン研究所は、バージニア工科大学で開発された疎水性-親水性分離プロセスを使用して、石炭中の鉱床を減らします。研究開発は、低品位、中品位、高品位の石炭と、その結果生じる廃石炭ストリームを、高価値の合成グラファイトプロセスの原料として適したレベルまで精製することに重点を置きます。
石炭および石炭廃棄物の高度な処理による、急速充電リチウムイオン電池アノード用グラファイトの製造 – ノースダコタ大学エネルギー環境研究センターは、ノースダコタ州の褐炭および褐炭廃棄物から高度なグラファイトを作成する方法を検証し、製造されたグラファイトから作られた急速充電リチウムイオン電池アノードのプロトタイプを製造およびテストしました。このプロジェクトによって期待される効果には、増大するリチウム電池市場の需要を満たすことで、ノースダコタ州の石炭火力発電所コミュニティに経済成長をもたらすことが含まれます。

参照: 1. 資金提供機会公告 2405、高度な石炭廃棄物処理: 高度な製造のための石炭強化フィラメントまたは樹脂の製造および石炭由来グラファイトの研究開発
2. DOEは石炭廃棄物を活用し、クリーンエネルギー経済のための製品を生み出すために約700万ドルを投資

米国エネルギー省は石炭ベースの3Dプリント材料の研究に700万ドルを支出

研究者らは、金属3Dプリントハニカム格子構造に対する荷重率の影響を研究している。

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