כיצד הדפסת תלת מימד מתכת יכולה לעזור לתעשיית האנרגיה להפחית את טביעת הרגל הפחמנית שלה?

1. השינוי בשימוש בחומר: מ"ייצור חיסור" ל"צמיחה לפי-ביקוש"
יציקה, פרזול ועיבוד שבבי הם חלק מהדרכים המסורתיות לעבוד עם מתכת, אולם בדרך כלל הם משתמשים רק ב-30% מהחומר. לדוגמה, פעולות פרזול מסורתיות צריכות להפוך מטילי פלדה ברוחב 3 מטר לצירים ברוחב 1.5 מטר. כ-70% מהמתכת נקצץ לגרוטאות במהלך תהליך זה.הדפסת תלת מימד מתכתיכול להשתמש ביותר מ-90% מהחומר על ידי ערימת שכבות זו על גבי זו. טכנולוגיית פלטינום מייצרת תאי דחף של מנועי רקטות עבור חברות תעופה וחלל מסחריות. שיעור השימוש בחומרים עלה מ-15% בטכניקות מסורתיות ל-92% לאחר הדפסת תלת מימד. משקלו של כל חלק נחתך ב-60%, מה שאומר שפליטת הפחמן בשלב שיגור הרקטות נמוכה יותר.
אלמנט "התבנית הדיגיטלית" של הדפסת תלת מימד הוא זה שהופך את החומר ליעילה יותר. בייצור מסורתי, יש להכין תבניות מבעוד מועד, מה שמייקר את השינוי בעיצובים. בהדפסת תלת מימד, מודלים דיגיטליים מניעים את הייצור ישירות, מה שמקל על שילוב מהיר של עיצוב אופטימיזציה של טופולוגיה. קבוצות מירוץ אירופיות משתמשות בטכנולוגיית SLM (Selective Laser Melting) כדי להפוך את ראש הצילינדר של המנוע, שמפחית משקל ב-66%, נפח ב-65%, ושטח פיזור חום פני השטח ב-40%. זה גם משפר באופן מיידי את יעילות הדלק ב-12% תוך שמירה על החוזק המקורי שלו. רמה זו של חופש עיצובי מאפשרת לציוד אנרגיה לחרוג מהגבולות המכניים של מבנים מסורתיים, ומאפשרת "עיצוב לפונקציונליות" במקום "עיצוב לייצור".
2. בנייה מחדש של-פחמן נמוכה של קצה ייצור האנרגיה: מעבר מייצור ריכוזי לייצור מבוזר
הדרך המסורתית לייצור ציוד אנרגיה נשענת במידה רבה על שרשרת האספקה ​​העולמית. הקשר הלוגיסטי מהשגת חומרי גלם ועד לחיבורם בסיום התהליך מהווה יותר מ-30% מכל פליטת הפחמן במחזור החיים. היכולת של הדפסת תלת מימד מתכת ליצור דברים באופן מקומי פותרת את הבעיה הזו. לדוגמה, עם ייצור ריכוזי טיפוסי, חלקים צריכים להישלח מסין לאזורים שונים בעולם. עם זאת, עם טכנולוגיית הדפסת תלת מימד, כל נקודת התקנה יכולה לעשות דברים מיד. Bering 3D ייצר סוגר סולארי עבור מקומות מרוחקים באפריקה, המודפס באתר עם אבקת פלדה עמידה בפני מזג אוויר-. משמעות הדבר היא שאין צורך לשלוח אותו מעבר לגבולות או לאחסן אותו, והוא מקצץ את טביעת הרגל הפחמנית של מערכת בודדת ב-45%.
היתרונות של הדפסת תלת מימד לייצור מבוזר גדולים יותר בעסקי האנרגיה הגרעינית. כדי להרכיב מחוללי קיטור מסורתיים של כוח גרעיני, יש להעביר עשרות אלפי אביזרי צנרת לאתר תחנת הכוח הגרעינית. עם זאת, ציוד הלייזר BLT-S1500 multi-Multi- של Platinum Technology יכול לעשות את אותו הדבר עם משקל בודד של 1.5 טון, מה שמקצר את המרחק מהיבשתי חוצה-לאזור המפעל. מתודולוגיית "ייצור והתקנה" זו קיצצה את הזמן שלוקח להתקין תחנת כוח גרעינית נתונה CGN ב-70%, קיצצה את כמות הריתוך הדרושה באתר ב-90%, וקיצצה את פליטת הפחמן במהלך הבנייה ב-23,000 טון.
3. קפיצת הביצועים של ציוד אנרגיה נקייה: מאופטימיזציה של מבנים לשילוב פונקציות
הפיתוח של ציוד אנרגיה נע לעבר "צריכת אנרגיה נמוכה בביצועים גבוהים" הודות להדפסת תלת מימד מתכתית. בתחום כוח הרוח, הדפסת תלת מימד עפתה את הבעיות שיש לשיטות היציקה המסורתיות בארכיטקטורות של רשת גזירת להבים. באמצעות טכנולוגיית דבק סילון (BJT), מחברי שורש להבי טורבינת רוח בגובה 100 מטר של Vestas מקלים על ההרכבה של המבנה. פעם נדרשו 127 רכיבים כדי ליצור חתיכה אחת. זה מוריד את המומנט ההתחלתי של הלהבים ב-18% תוך מניעת עייפות. זה גם מגדיל את כמות החשמל הנוצרת מדי שנה ב-3.2%.
היכולת של הדפסת תלת-ממד לשלב מספר חלקים למקשה אחת שימושית גם לייצור ציוד המופעל במימן-. תהליך ההחתמה המסורתי נדרש לייצור יותר מ-200 תבניות תעלות זרימה עצמאיות עבור הצלחת הדו-קוטבית של ערימת תאי הדלק של טויוטה מיראי. עם זאת, הדפסה תלת-ממדית יכולה ליצור צלחת דו-קוטבית משולבת ישירות עם ערוצי זרימה מתפתלים, חורים עבור חיישני טמפרטורה וחורים לפיזור מימן. זה מגדיל את צפיפות ההספק של המחסנית ב-25% ואת קצב ניצול המימן ב-15%. אינטגרציה פונקציונלית זו לא רק משתמשת בפחות חומר, אלא היא גם מורידה את כמות האנרגיה שהמערכת משתמשת בה על ידי אופטימיזציה של הנתיבים שהאנרגיה לוקחת.
4. לכידה ושימוש בפחמן: מרעיון ועד פרקטיקה הנדסית
הדפסה תלת מימדית מתקנת את הבעיה הטכנית בלכידת פחמן שלא מאפשרת לשיטות מסורתיות ליצור מבנים פנימיים מסובכים. יש צורך במסננים בעלי חורים בגודל של עשרות אלפי מיקרון- למערכת לכידת אוויר ישירה (DAC), ושיטות עיבוד טיפוסיות מבוצעות רק בפחות מ-30% מהעבודה. אבל הדפסת תלת מימד יכולה לשמור על שגיאות בגודל הנקבוביות בטווח של ± 5 מיקרומטר. לכור לכידת הפחמן ש-3D Systems יצרה עבור AirCapture יש פי שלושה משטח חילופי החום בגלל אופטימיזציה של טופולוגיה. המשמעות היא שהוא יכול לאסוף 40% יותר פחמן ליחידת נפח. במקביל, משקל הציוד ירד מ-12 טון ל-3.8 טון. המשמעות היא שפליטת הפחמן נמוכה בהרבה במהלך המשלוח וההתקנה.
זה אפילו יותר מעניין שהדפסת תלת מימד הופכת את טכנולוגיות ניצול הפחמן לזמינות יותר. Norwegian Carbon Clean משתמש בכור המרת פחמן מודולרי שנעשה על ידי הדפסה תלת מימדית כדי להפוך את תהליך הפיכת CO ₂ למתנול ליעיל ב-85% יותר באנרגיה-, שהיא יעילה יותר ב-22 נקודות אחוז מהשיטות הקיימות. הניהול המדויק של מבני המערבולת בתוך הכור על ידי הדפסת תלת מימד הוא מה שמאפשר את הגברת היעילות הזו. זה מגדיל את האזור שבו גז ונוזל באים במגע ב-60% ואת קצב התגובה פי שלושה.
5. הטרנספורמציה הירוקה של האקולוגיה התעשייתית: מעבר מכלכלה לינארית למעגלית
תכונות הלולאה הסגורות-של הדפסת תלת-ממד מתכת משנות את שרשרת תעשיית האנרגיה. שיטת מחזור האבקה של טכנולוגיית פלטינום עשויה להעלות את שיעור ההתאוששות של נתזי מתכת במהלך ההדפסה ל-99.2%. בשימוש עם ציוד להשבת גז ארגון, הוא יכול לצמצם את פליטת הפחמן ב-187 טון בשנה עבור יחידה אחת בלבד. Chuangcai Advanced Study השתמש באלגוריתמים של AI כדי ליצור אבקת סגסוגת טיטניום מתחדשת. לפודרה זו איכויות מכניות שהן עד 98% מהאבקה המקורית, והיא עולה 40% פחות להכנתה. State Power Investment Corporation השתמשה בו לייצור קליפות של סוללות אחסון אנרגיה.
גישת הכלכלה המעגלית הזו מתפשטת לתחומים נוספים. סימנס אנרג'י בונה מפעל בעיר NEOM החדשה של ערב הסעודית לייצור מימן ירוק. כל מכונות ההדפסה התלת מימדיות שלה הן מודולריות, מה שאומר שניתן לפרק אותן לחלקים סטנדרטיים ולהדפיס למכונות חדשות לאחר שכבר אין צורך בהן. המשמעות היא ש-95% מהמשאבים משמשים במהלך כל מחזור החיים של המכונה. הלולאה הסגורה הזו של "התחדשות שימוש בייצור" מראה שציוד אנרגיה משתנה מ"חומרים מתכלים" ל"מוצרים בני קיימא".