苏黎世联邦理工学院使用增材制造技术打印太阳能反应堆堆芯

苏黎世联邦理工学院（ETH）的研究人员开发了一种3D打印陶瓷结构，该结构针对太阳能反应堆堆芯进行了优化。

据报道，该团队开发了一种新颖的3D打印方法，可以制造具有复杂孔隙几何形状的多孔陶瓷结构。这些新的分级设计使太阳辐射能够更有效地输送到反应堆内部。

初步的实验测试表明，与以前的各向同性设计相比，这些3D打印结构可以将太阳能燃料的产量提高一倍。

ETH衍生公司 Climeworks 和 Synhelion 现在正在努力推进这项研究并将其商业化。陶瓷结构的3D打印技术已获得专利，Synhelion最近获得了ETH的许可。

研究人员来自ETH复杂材料André Studart教授小组和ETH可再生能源载体Aldo Steinfeld教授小组。该项目由瑞士联邦能源局资助。

“这项技术有可能提高太阳能反应堆的能源效率，从而显着提高可持续航空燃料的经济可行性。”Steinfeld解释说。

3D打印太阳能反应堆堆芯 

这一新发展标志着苏黎世联邦理工学院在优化可再生能源生产方面不断努力的最新一步。事实上，该组织已经开发出可以从空气和阳光中生产液体燃料的技术。早在2019年，整个热化学工艺链就首次在ETH实验室的真实条件下进行了演示。

ETH的合成太阳能燃料是碳中和的，释放的二氧化碳量与能源生产过程中从大气中收集的二氧化碳量相同。这个生产过程的关键是太阳能反应堆。该元件通过抛物面镜暴露在集中的阳光下，温度可达1500°C。

太阳能反应堆的内部包含由氧化铈制成的多孔陶瓷结构。在这里，发生热化学循环，分解从大气中捕获的水和二氧化碳。这个过程会产生氢气和一氧化碳的混合物，称为合成气或“合成气”。然后，这种化学混合物可以进一步加工成液态碳氢化合物燃料，例如煤油，用于航空工业。

这些结构传统上具有各向同性的孔隙率，当太阳辐射进入反应堆时，它可以迅速降低太阳辐射的力量。这会降低反应堆堆芯的内部温度，从而限制燃料产量。为了解决这个问题，ETH的研究开发了一种新方法，允许3D打印具有复杂孔隙几何形状的结构，使太阳辐射能够更有效地传输到反应堆内部。

根据ETH的说法，分层排列的设计包括暴露的通道和孔隙，并在反应堆后部变窄，特别有效。据报道，这种设计允许入射的太阳辐射在陶瓷结构的整个体积上被吸收。因此，整个多孔结构可以达到1500°C的反应温度，从而促进燃料的产生。

研究团队的陶瓷结构是使用基于挤出的3D打印工艺生产的。还使用了一种新的油墨，它具有低粘度和高浓度的铈颗粒。据报道，这些特性使氧化还原活性物质的量最大化。

3D打印后，陶瓷结构经过测试，以研究辐射热和热化学反应之间的相互作用。在这次测试中，研究人员证明，当受到相同的集中太阳辐射时，它们的分层结构可以产生两倍于均匀结构的燃料。

3D打印和可持续能源

增材制造是可持续能源领域中的一项不断发展的技术。

斯科尔科沃科学技术研究所（Skoltech）的研究人员使用一种新颖的3D打印技术生产了一种复杂的陶瓷部件，用于环保的固体氧化物燃料电池（SOFC）。

Skoltech团队开发了他们的组合微立体光刻技术和通用办公室投影仪来生产SOFC，它采用了分层晶格结构。据研究人员称，晶格结构增强了3D打印燃料电池的离子电导率，从而最大限度地提高了其功率输出。据说这是加速其工业采用的关键。

在其他地方，HyP3D项目最近宣布了使用陶瓷3D打印生产高压氢气的突破。该项目包括法国3D打印OEM和服务机构3DCeram的合作，旨在展示高压固体氧化物电解槽（SEOC）技术的可行性。HyP3D将这项技术与先进的陶瓷3D打印相结合，以实现高效和可持续的高压氢气生产。