增材制造是未来能源的关键

2022 年 9 月 30 日 | 阅读时间：3 分钟

在 EOS 推出的 Additive Snack 播客特别版的三部分中，我们深入探讨了增材制造技术在未来更强大、更高效、更可持续的能源进步中所扮演的角色。

增材制造技术的提升指向可靠的能源可持续性

随着社会能源需求的不断增长，二氧化碳（CO2）和其他温室气体（GHG）的排放量比以往任何时候都高。但是，放弃化石燃料并立即转用可再生能源还不可行。增材制造是一项具有潜力的技术，可加快创新能源解决方案的开发和部署，推动实现无碳未来。

即使可持续能源不能立即取代化石燃料，但它已经取得了许多显著的进步，减少了对化石燃料的依赖，并为建立一个不那么 "碳化 "的世界奠定了基础。这些技术包括最先进的风力涡轮机和碳捕捉技术，以及利用核聚变作为清洁能源的努力。

在 "未来能源 "播客迷你系列中，我们采访了业内各领域的专家，他们都对增材制造对绿色能源的贡献充满热情。简而言之，这是我们有幸主持过的最引人入胜的系列对话之一。请继续阅读，了解每一集的主题。

天然气可持续性的叠加方法

在第一部分中，我们采访了西门子能源增材制造副总裁 Quan Lac 和林德增材制造的负责人 Pierre Forêt。Forêt 和 Lac 都逐渐认识到，氢气是最具潜在成本效益的能源之一。以传统天然气为动力的涡轮机可以部分或全部改用氢气，这两种能源的效率都远远高于燃煤天然气或页岩油。

氢气难以大量分离，这是氢气主流化的主要障碍之一：电解器将氢气从水中分离出来，然后将其压缩并输送到需要燃料的涡轮机中（或储存起来备用）。但是，有史以来最大的电解槽（Forêt 对这台设备非常熟悉，因为他的团队正在建造这台设备）的最大发电量为 24 兆瓦。可以说，这个功率不足以在大型商业和住宅规模上电解氢气并提供热能或电能（或两者兼而有之）。正如您所预料的，这些工作的成本远远不够，而这只会加剧将氢转化为主流绿色能源的挑战。

Lac 和 Forêt 都在各种加氢项目中使用增材制造。在西门子能源公司，Lac 和他的团队在 3D 打印燃烧器组件、燃烧漩涡、管道和其他部件，这些部件可以更快地冷却空气和混合燃料，使燃气轮机的运行温度更高（因此效率更高）。他们还为一家废弃工厂设计了一个原型集成绿色能源系统。

与此同时，Forêt 和他在林德公司的同事利用增材制造设计出传统制造无法实现的复杂几何形状的零件，这对热交换器、喷嘴和连接器等热管理设备尤为重要。Forêt指出，氢气并不是最终的清洁能源解决方案，但他表示，氢气对从炼钢到飞机制造等众多应用领域的去碳化至关重要。

风力涡轮机和碳捕集的责任制造

风力涡轮机制造商维斯塔斯（Vestas）的首席工程师兼增材制造和先进概念首席专家杰里米-海特（Jeremy Haight）向 Additive Snack 解释说，他的公司开始使用 AM 技术进行小规模零件更换。最终，他的团队发现重大的供应链短缺（如 COVID-19 大流行造成的短缺）并不会明显拖慢维斯塔斯的制造流程。维斯塔斯正在采用激光粉末床熔融（LPBF）和其他增材制造技术来制造传动系统和发电部件以及其他部件。Haight 说，由于增材制造允许垂直整合和数字化库存，它降低了建造成本，并通过减少碳排放来促进可持续发展。

与此同时，ReCarbon 公司的高级机械工程师 Stefan McClelland 的工作重点不是避免温室气体排放，而是捕获温室气体（尤其是二氧化碳和甲烷）并将其转化为清洁的氢基燃料。由于产生的气体燃烧温度极高（2000 摄氏度/3632 华氏度），只有通过增材制造，ReCarbon 公司才能高效地制造出专有的 "排放叶片 "和其他关键部件。只有 AM 才能实现复杂的部件几何形状，从而使 ReCarbon 系统能够在温室气体转换过程中引导气体流动，而不会受到热损伤。McClelland表示，虽然ReCarbon还没有做好商业化的准备，但他对他们的原型感到满意，并直言不讳地说："如果没有增材制造，我们就会死在水里"。

聚变能源的梦想走向现实

在增材制造的帮助下，基于核聚变的可持续能源正在缓慢但稳步地从一个不可能实现的梦想转变为潜在的现实。在 "未来能源 "压轴活动中，邀请为实现这一目标而努力的嘉宾：TAE 首席营销官吉姆-麦克尼尔（Jim McNeil）和高级机械与产品工程师文森特-皮拉德（Vincent Pilard）似乎再合适不过了。

与使用氢气不同，在减少放射性危害的同时实现可扩展的核聚变一直阻碍着人类的进步。每天都在发生核聚变的太阳内部温度高达 1500 万摄氏度（2700 万华氏度）。正如皮拉德解释的那样，在地球上实际复制核聚变需要 1 亿至 10 亿摄氏度的温度。TAE 正在使用一种名为 "场反向配置 "的专有技术，它能将等离子体限制在磁场中。它目前的最高温度为 7500 万摄氏度。

TAE 的两位代表都没有低估商业核聚变的复杂性。但皮拉德解释说，增材制造已经对他们的工作产生了积极影响，并将继续影响，例如在主动冷却技术方面：TAE 完全重新设计了一种被称为 "束流转储器 "的冷却组件，使其更轻、更灵活、冷却能力更强。这减少了材料用量，促进了供应链优化。McNeil补充说，TAE迄今为止所做的一切--尽管距离纯核聚变还有几代人的时间--完美地体现了增材制造在其 40 年历史中取得的巨大进步。

专注增材制造 Additive Snack

不可否认，这些能源话题非常复杂，以上摘要仅展示了每期节目中最诱人的要点。如需了解完整的故事，以及有关增材制造中的应用和进展的定期对话，请继续收听可在所有主要播客平台上收听的《Additive Snack》。