大多數(shù)3D打印材料采用的是塑料材質(zhì)，而塑料的生產(chǎn)卻并不是一個(gè)有可持續(xù)性的制造工序。由巴斯夫、陶氏化學(xué)、殼牌與艾恩德霍芬科技大學(xué)等機(jī)構(gòu)聯(lián)手開(kāi)發(fā)一項(xiàng)簡(jiǎn)稱(chēng)為AMAZING的零排放創(chuàng)新綠色化學(xué)增材制造項(xiàng)目，用于尋求通過(guò)開(kāi)發(fā)3D打印膜并將其集成到生產(chǎn)過(guò)程中來(lái)使塑料生產(chǎn)更具可持續(xù)性。該項(xiàng)目研發(fā)成一種全新的膜狀材料，可以從塑料生產(chǎn)工藝中分離出副產(chǎn)品，并將其進(jìn)一步利用。

使用3D打印生產(chǎn)的由氧化鎂（MgO）制成的膜載體

眾所周知，許多塑料是由乙烯和丙烯制成的，它們屬于稱(chēng)為烯烴的不飽和烴類(lèi)。這些烯烴的原料是烷烴，例如輕汽油和石腦油，它們?cè)诜磻?yīng)器內(nèi)發(fā)生的稱(chēng)為蒸汽裂化的熱過(guò)程中分解。

在此過(guò)程中，氫作為副產(chǎn)物釋放出來(lái)，必須費(fèi)力地分離出來(lái)才能進(jìn)一步使用。蒸汽裂化過(guò)程需要通過(guò)燃燒化石燃料產(chǎn)生的最高攝氏850度的溫度，使烯烴生產(chǎn)成為產(chǎn)生大量排放物的最耗能的工業(yè)過(guò)程之一。

AMAZING項(xiàng)目正在尋求通過(guò)開(kāi)發(fā)一種基于膜的工藝來(lái)使烯烴的生產(chǎn)更具可持續(xù)性，該工藝將反應(yīng)過(guò)程中的產(chǎn)物與裂化過(guò)程分離開(kāi)來(lái)，并可供進(jìn)一步使用。為了進(jìn)一步減少該過(guò)程產(chǎn)生的排放量，AMAZING項(xiàng)目中使用的反應(yīng)堆將由可再生能源提供的電力加熱。

根據(jù)目前正在運(yùn)行的蒸汽裂化設(shè)施的數(shù)量，僅在德國(guó)該項(xiàng)目的流程每年就可以節(jié)省約5.2太瓦小時(shí)（TWh）的能源和3,871千噸（kt）的二氧化碳。隨后，與燃料加熱系統(tǒng)相比，所開(kāi)發(fā)的過(guò)程可以為電動(dòng)系統(tǒng)節(jié)省大量成本。

巴斯夫生產(chǎn)的蒸汽裂解裝置

項(xiàng)目合作伙伴將使用3D打印來(lái)創(chuàng)建陶瓷膜并將其集成到反應(yīng)器中，從而能夠生產(chǎn)烯烴并同時(shí)分離純氫。3D打印膜具有催化功能，可降低烷烴的脫氫溫度，從而使氫與產(chǎn)物氣體分離。

通過(guò)部署3D打印以創(chuàng)建膜，可以針對(duì)裂化工藝專(zhuān)門(mén)定制其表面，微觀結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分。可以調(diào)整和優(yōu)化膜的各種特性，以提高過(guò)程中的效率，例如膜如何很好地傳輸分離出的氫，以及膜如何有效地支持將氫從烷烴中分離出來(lái)。

3D打印還可以使膜原型和組件易于測(cè)試，如果該技術(shù)被證明適合大規(guī)模使用并且在經(jīng)濟(jì)上可行，那么合作伙伴相信3D打印膜組件可以在未來(lái)以商業(yè)規(guī)模生產(chǎn)。

創(chuàng)新的膜反應(yīng)器在HTE的實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行測(cè)試

除了提高能源效率外，所提出的方法還產(chǎn)生可直接使用的氫氣，該氫氣以前僅在熱方面用作裂化過(guò)程的副產(chǎn)物。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，合作伙伴將創(chuàng)建一種混合導(dǎo)電薄膜（MIEC），該薄膜可除去氫氣，因此可以用作能量載體或化學(xué)原料。

該項(xiàng)目提出的兩種工藝還顯示出了烯烴生產(chǎn)以外的應(yīng)用前景，例如在其他工業(yè)工藝或交通運(yùn)輸部門(mén)中使用可持續(xù)產(chǎn)生的氫氣以減少排放，從而支持歐洲在2050年實(shí)現(xiàn)氣候中和的目標(biāo)。

為了證明其3D打印膜和薄膜澆鑄膜的技術(shù)潛力，項(xiàng)目合作伙伴將在演示器中安裝其膜反應(yīng)器，以評(píng)估其大規(guī)模使用的可行性。

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