Não há dúvida de que uma das questões mais prementes do nosso tempo são as alterações climáticas. A chave para resolver esta questão – como muitos cientistas afirmaram – é reduzir o nosso consumo de combustíveis fósseis e, em última análise, reduzir a quantidade de gases com efeito de estufa emitidos para a atmosfera. Uma solução é a transição para fontes de energia renováveis, como a eólica e a solar. No entanto, há também outra questão urgente: enquanto continuarmos a extrair e a utilizar combustíveis fósseis, como podemos mitigar o impacto destes recursos no planeta? Aproveitando a impressão 3D internamente para avançar no desenvolvimento, a ReCarbon, com sede na Califórnia, procura responder a esta pergunta.
A empresa com sede na Califórnia, fundada em 2011 pelo físico de plasma Jay Kim, desenvolveu uma solução que converte o carbono do plasma para transformar gases de efeito estufa, como dióxido de carbono e metano, em energia limpa. Como diz Kim: a empresa está “criando circularidade onde agora só existe poluição”. Acontece que a solução inovadora da empresa deve muito à fabricação aditiva, já que a tecnologia proporcionou aos engenheiros da ReCarbon a liberdade de explorar novos conceitos e otimizar seus sistemas. Sempre ansiosos para aprender mais sobre como a AM se encaixa nas soluções de energia limpa, conversamos com Paul Hichwa, engenheiro mecânico sênior de P&D da ReCarbon.
Tecnologia PCCU da ReCarbon
Hichwa apresenta a empresa, dizendo: “ReCarbon é uma empresa de utilização de carbono que transforma gases de efeito estufa, como dióxido de carbono (CO2) e metano (CH4), em combustíveis e produtos limpos. Nossa missão é descarbonizar indústrias emissoras de carbono e fontes biogênicas difíceis de reduzir, transformando emissões de resíduos em produtos valiosos e de baixo carbono, como metanol, etanol, hidrogênio, combustível de aviação sustentável (SAF) e muito mais.”
Este processo de conversão é possibilitado pela Unidade de Conversão de Plasma de Carbono (PCCU) da empresa, um sistema modular e escalável que pode produzir até 900 kg de hidrogênio por unidade por dia. Hichwa explica como funciona a tecnologia ReCarbon: “A Unidade de Conversão de Carbono por Plasma usa a tecnologia de plasma de micro-ondas flutuante proprietária da ReCarbon para quebrar as ligações dos gases de efeito estufa para produzir combustíveis e produtos limpos. O plasma transforma dióxido de carbono e metano em H2 e CO, conhecidos como gás de síntese. Tudo isso é feito sem catalisador e pode ser alimentado por eletricidade renovável.”
Esta tecnologia pode beneficiar muitas indústrias, especialmente as indústrias emissoras de carbono que pretendem “descarbonizar as suas operações e criar combustíveis com baixo teor de carbono e produtos positivos para o clima”, como diz Hichwa. “Esses produtos incluem etanol com baixo ou nenhum carbono, hidrogênio limpo a partir de biogás, metanol verde para a indústria marítima e SAF para aviação.”
O papel do aditivo em P&D
A razão pela qual destacamos o trabalho da ReCarbon é que a fabricação aditiva se tornou parte integrante de seus processos de pesquisa e desenvolvimento e produção. Por um lado, o uso de AM permitiu à equipe da ReCarbon estabelecer um fluxo de trabalho ágil de desenvolvimento e teste, economizando tempo e dinheiro significativos para a empresa no desenvolvimento de sua tecnologia. Por outro lado, a fabricação aditiva abre novas possibilidades de design que seriam impossíveis usando processos de fabricação convencionais.
“Estamos continuamente desenvolvendo e aprimorando nossa tecnologia”, diz Hichwa. “Para fazer isso contamos com tecnologias que esclarecem nossa direção e aceleram a pesquisa e o desenvolvimento. Isso requer um paradigma de teste iterativo e rápido. Estamos usando dinâmica de fluidos computacional (CFD) para orientar a concepção de conceitos; fabricação aditiva de superligas para aumentar nossos processos internos de fabricação e usinagem para produzir novos projetos de reatores; e nossa estação de teste customizada e configurável para coletar dados e avaliar o desempenho de novos projetos.”
Se a empresa não utilizasse a manufatura aditiva em seus ciclos de desenvolvimento, estaria lidando com prazos de várias semanas e com o potencial de atrasos em cada etapa. Como explica Hichwa, um processo típico de prototipagem usando processos de fabricação tradicionais exigiria de uma a quatro semanas para adquirir materiais, duas a quatro semanas para enviar os materiais para uma oficina mecânica e outras duas a quatro semanas para pós-processamento. Com a impressão 3D interna, no entanto, as peças prontas para teste podem ser produzidas em apenas uma semana. “É uma redução dramática que precisamos absolutamente ampliar”, diz ele. “Isso dá à nossa equipe a liberdade de experimentar, testar e aprender rapidamente.”
Otimizando o projeto do reator
Além de utilizar a fabricação aditiva para acelerar a prototipagem de peças de teste, a ReCarbon também aproveitou a liberdade de design da tecnologia para otimizar componentes críticos em seu reator. “A fabricação aditiva levou a projetos mais robustos e otimizados ao permitir novas geometrias de componentes críticos”, diz Hichwa. “A fabricação subtrativa tradicional tem limitações com as geometrias que podem ser produzidas de forma fácil e econômica.”
Por exemplo, a ReCarbon conseguiu redesenhar e consolidar uma parte crítica do seu reator graças à AM metálica. A peça em questão consistia anteriormente em cinco peças usinadas sob medida que precisavam ser soldadas entre si. Agora, a peça pode ser impressa em uma única peça e se beneficia de uma geometria otimizada.
O componente do reator em questão foi impresso na máquina EOS M 290 da ReCarbon usando EOS NickelAlloy HX, uma liga de níquel-cromo-ferro-molibdênio capaz de suportar temperaturas na faixa de 1200°C. Como resume Hichwa, o uso de AM pela ReCarbon neste caso “diminui os custos gerais dos componentes, reduz o risco de peças defeituosas ao reduzir o número de processos e componentes, reduz a complexidade da nossa cadeia de fornecimento e aumenta as faixas de operabilidade deste componente”.
A solução da ReCarbon em ação
A tecnologia PCCU da ReCarbon tem, sem dúvida, o potencial de melhorar as emissões de carbono, especialmente para indústrias que são notórias pelas emissões de gases com efeito de estufa, como a produção de aço, produtos químicos e cimento. Segundo Hichwa, a empresa já despertou um interesse significativo por parte destas indústrias, bem como do setor tecnológico e de fornecedores de combustíveis limpos.
“Os líderes tecnológicos estão interessados em cumprir as suas ambiciosas metas de redução das emissões de carbono”, acrescenta. “A nossa tecnologia pode ajudá-los a concretizar as suas ambições de criar circularidade na sua cadeia de abastecimento. Os grandes compradores de combustíveis e produtos limpos também demonstraram grande interesse à medida que continuamos a aumentar a nossa rede de parceiros e colaboradores e a transformar os resíduos num ecossistema de produtos com baixo ou nenhum carbono.”
A ReCarbon já concluiu três projetos piloto para sua tecnologia escalável PCCU e lançou recentemente a solução comercialmente. Na verdade, em 2022, a empresa fez parceria com a Woodside Energy, uma empresa de exploração e produção de petróleo, para lançar um projeto comercial emblemático.
“Este projeto emblemático mostra o valor do ReCarbon para empresas com metas ambiciosas de redução de carbono para implantar tecnologia para alcançar reduções verificadas de carbono”, elabora Hichwa. “A ReCarbon também está se envolvendo com empresas nos EUA, Japão e Coreia do Sul que buscam descarbonizar processos químicos, usinas de energia e fontes de resíduos biogênicos – como aterros sanitários, estações de tratamento de águas residuais e instalações de resíduos orgânicos desviadas – para produzir produtos limpos, com baixo teor de carbono e sem emissões de carbono. combustíveis e produtos.”
Em última análise, a ReCarbon vê a impressão 3D como uma solução importante à medida que desenvolve e implanta sua tecnologia PCCU. “A AM não apenas diminui o tempo necessário para pesquisa e desenvolvimento por meio da prototipagem rápida, mas também tem o potencial de ser um importante método de fabricação para mais equipamentos de nossa próxima geração”, conclui Hichwa. “Isso encurtará e simplificará nossas cadeias de fornecimento, reduzirá o número de peças e a complexidade e melhorará a capacidade de manutenção dos equipamentos da planta.”
Esta história foi publicada originalmente no e-book VM Focus Energy da VoxelMatters. Para baixar o e-book acesse o site.
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