Recarbon利用3D打印生产等离子碳反应器，为清洁能源提供新的解决方案

导读：毫无疑问，我们这个时代最紧迫的问题之一是气候变化。正如许多科学家所说，解决这个问题的关键是限制我们对化石燃料的消耗，并最终减少排放到大气中的温室气体量。一种解决方案是转向可再生能源，例如风能和太阳能。然而，还有另一个紧迫的问题：只要我们仍在开采和使用化石燃料，我们如何减轻这些资源对地球的影响？总部位于加利福尼亚州的 ReCarbon希望利用3D 打印来推进内部研发进程，从而回答这个问题。

这家总部位于加利福尼亚州的公司由等离子体物理学家 Jay Kim 于 2011 年创立，该公司开发了一种解决方案：可将等离子体碳转化为二氧化碳和甲烷等温室气体转化为清洁能源。正如Jay所说：该公司正在“在现在只有污染的地方创造循环”。事实证明，该公司的创新解决方案很大程度上归功于增材制造，因为该技术使ReCarbon 工程师能够自由地探索新概念并优化其系统。

ReCarbon 的 PCCU 技术

ReCarbon 研发高级机械工程师Paul Hichwa介绍该公司时表示：“ReCarbon 是一家碳利用公司，将二氧化碳 (CO2) 和甲烷 (CH4) 等温室气体转化为清洁燃料和产品。我们的使命是通过将废物排放转化为甲醇、乙醇、氢气、可持续航空燃料（SAF）等有价值的低碳产品，实现难以减少的碳排放行业和生物源的脱碳。”

该转化过程由该公司的等离子碳转化装置 (PCCU) 实现，这是一个模块化、可扩展的系统，每单位每天可生产高达 900 公斤的氢气。Hichwa 详细阐述了 ReCarbon 技术的工作原理：“等离子碳转化装置使用 ReCarbon 专有的浮动微波等离子体技术来打破温室气体的键，从而制造清洁燃料和产品。等离子体将二氧化碳和甲烷转化为氢气和一氧化碳，称为合成气。这一切都是在没有催化剂的情况下完成的，并且可以由可再生电力提供动力。”

Hichwa 表示，这项技术可以使许多行业受益，特别是那些旨在“实现运营脱碳并创造低碳燃料和气候积极产品”的碳排放行业。这些产品包括低碳和无碳乙醇、沼气中的清洁氢气、用于海运业的绿色甲醇和用于航空业的 SAF。

等离子碳转换装置 (PCCU) 是ReCarbon 的温室气体处理系统。PCCU 将碳排放转化为氢气和合成气，用于化学品、燃料和能源等产品。例如，在标准 40 英尺集装箱中配置 70 个排放叶片，每个 PCCU 模块每天可生产高达 900 公斤的氢气。

增材制造在研发中的作用

在 ReCarbon，增材制造已成为其研发和生产流程中不可或缺的一部分。其一，增材制造的应用使ReCarbon团队能够建立敏捷的开发和测试工作流程，为公司节省了大量的技术开发时间和金钱。另一方面，增材制造开启了新的设计可能性，这是使用传统制造工艺不可能实现的。

Hichwa 说“我们正在不断开发和推进我们的技术。为此，我们依靠能够明确我们方向并加速研发的技术。这需要快速迭代的测试范例。我们使用计算流体动力学 (CFD) 来指导概念构思；使用高温合金的增材制造来增强我们内部的制造和加工流程，以生产新的反应堆设计；以及我们定制的、可配置的测试站，用于收集数据并评估新设计的性能。”

△ReCarbon创新的核心是 Emission Blade——一种获得专利的微波等离子体发生设备，具有可靠性、高吞吐量和能源效率。

如果ReCarbon公司不在其开发周期中使用增材制造，那么它将面临数周的时间安排，并且每一步都可能出现延迟。正如 Hichwa 解释的那样，使用传统制造工艺的典型原型制作过程需要一到四个星期的时间来采购材料，需要两到四个星期的时间将材料发送到机械车间，还需要两到四个星期的时间进行后处理。然而，通过内部 3D 打印，可在短短一周内生产出可供测试的零件。他说：“这是一个巨大的减少，我们绝对需要扩大规模。这让我们的团队可以自由地进行实验、测试和快速学习。”

优化反应器设计

除了使用增材制造来加速测试零件的原型设计之外，ReCarbon 还利用该技术的设计自由度来优化其反应器中的关键组件。Hichwa 说：“增材制造通过关键部件的新几何形状实现了更稳健和优化的设计。传统的减材制造在可以轻松且经济高效地生产的几何形状方面存在局限性。”

例如，借助金属增材制造，ReCarbon 能够重新设计和整合其反应器中的关键部件。该零件之前由五个定制加工件组成，必须焊接在一起。现在，该零件可以打印成单件，并受益于优化的几何形状。

相关反应器组件是在 ReCarbon 的内部EOS M 290 机器上使用 EOS NickelAlloy HX 打印的，EOS NickelAlloy HX 是一种能够承受 1200°C 温度的镍铬铁钼高温合金。正如 Hichwa 总结的那样，ReCarbon 在这种情况下使用增材制造“降低了总体组件成本，通过减少流程和组件数量来降低有缺陷零件的风险，降低了我们的供应链复杂性并增加了该组件的可操作范围。”

ReCarbon 的解决方案正在实施

ReCarbon的PCCU技术无疑具有改善碳排放的潜力，特别是对于钢铁、化工和水泥制造等因温室气体排放而臭名昭著的行业。据 Hichwa 称，该公司已经引起了这些行业以及科技行业和清洁燃料供应商的浓厚兴趣。

他补充道：“技术领导者很感兴趣，因为他们希望实现雄心勃勃的碳减排目标。我们的技术可以帮助他们实现在供应链中创造循环的雄心。随着我们不断扩大我们的合作伙伴和合作者网络，并建立废物转化为低碳和无碳产品的生态系统，清洁燃料和产品的大型购买者也表现出了极大的兴趣。”

ReCarbon 已经完成了其可扩展PCCU 技术的三个试点项目，并于最近将该解决方案商业化。事实上，2022 年，该公司与石油勘探和生产公司 Woodside Energy 合作推出了一个旗舰商业项目。

Hichwa 解释道：“这个旗舰项目展示了 ReCarbon 对于拥有雄心勃勃的碳减排目标的公司的价值，即部署技术以实现经过验证的碳减排。ReCarbon 还与美国、日本和韩国的公司合作，寻求对化学工艺、发电厂和生物废物源（例如垃圾填埋场、废水处理厂和有机废物转移设施）进行脱碳，以生产清洁、低碳和无碳的产品燃料和产品。”

最终，ReCarbon 在开发和部署PCCU 技术时将 3D 打印视为重要的解决方案。Hichwa总结道：“增材制造不仅可以通过快速原型制作减少研发所需的时间，而且还有可能成为我们更多下一代设备的主要制造方法。这将缩短和简化我们的供应链，减少零件数量和复杂性，并提高工厂设备的可维护性。”