コーネル大学とリソズがクリーンエネルギー原子炉用の新しい 3D プリンティングセラミックを開発する助成金を獲得

Oct 04, 2023

コーネル大学は、その新興企業ディメンショナル・エナジー社およびリソズ社と共同で、クリーン・エネルギー炉の部品の3Dプリントに使用できる新規セラミックスの開発への助成金を獲得した。

5万ドルの資金を集めた両社の研究者らは現在、稼働中の熱触媒反応器の高温に耐えられる新しいタイプのセラミックの開発を目指している。 研究チームは、コンピュータモデリングと3Dプリンティングを使用して、得られた材料を層状にして、特に弾力性と反応炉のCO2転換率の両方を向上させる形状の構造物を形成できる可能性があると述べている。

「優れた熱特性と耐食性によりセラミックはこれらの反応器にとって魅力的ですが、重大な設計上の制約により実際の性能が制限されます」とプログラムを主導するコーネル大学助教授のサダフ・ソバーニ氏は述べた。 「セラミック積層造形によって可能になる設計と材料の選択の自由により、理論と性能のギャップが縮まり、望ましいマイルストーンを達成できるでしょう。」

LithozのLCM 3Dプリンティング技術

コーネル大学の研究者らは、セラミック 3D プリンティングの分野で豊富な経験を持つパートナーである Lithoz と少なくとも 2 年間、熱触媒リアクター部品の性能を向上させる取り組みに取り組んできました。 2006 年にウィーン工科大学で最初に開発された Lithoz の LCM 3D プリンティング技術は、超高解像度での複雑なセラミック構造の製造を可能にします。

実際には、このプロセスでは、セラミック粒子を分散させた光硬化性材料を層ごとに重合させて所望の形状にし、その後これらを焼結して固体セラミック部品を形成します。 リトズ氏によれば、そのアプローチにより、従来のセラミック製造方法で製造された部品の「機械的性能と再現性を満たすか、それを上回る」部品の製造が可能になるという。

その技術を商業化するために、同社はそれを、マルチマテリアル積層造形機能を備えた CeraFab Multi 2M30 3D プリンタを含むいくつかの機械に統合しました。 このシステムにより、セラミックと金属、セラミックとポリマー、セラミックとセラミックの組み合わせの製造が容易になり、さまざまな機械的特性を備えた機能的に段階的な部品の作成が可能になります。

最近では、Lithoz は、予算に優しい LCM 3D プリンタである CeraFab Lab L30 と、厚肉で最大 250 x 250 x 290 mm のサイズの大型オブジェクトの製造用に構築されたまったく新しい CeraMax Vario V900 を発売しました。そして完全な密度。

同社は長年にわたり、技術の応用範囲を拡大する手段として、新しいセラミック材料の開発にも努めてきました。 たとえば、2019 年に遡ると、リソズはコーニングと共同で 3D プリンティング ガラス セラミックを開発しました。これは、当時、丈夫で生体適合性のある超伝導体の作製における画期的な進歩として歓迎されました。

コーネル大学主導のグリーン エネルギー イニシアチブ

ニューヨークを拠点とするビジネスの成長を促進するために設立された非営利団体 FuzeHub によって授与された 50,000 ドルの資金は、実質的に Dimensional Energy の運営を支援するために与えられました。 コーネル大学が運営するこの企業は、エネルギー反応器を使用して二酸化炭素を化学物質に変換し、その後クリーンな航空燃料に加工できるようにしています。

ディメンショナル・エナジーは6月にユナイテッド航空の支援を得て、同社が資金を提供し3億ガロンの燃料を購入することを約束したが、この新興企業は熱触媒技術に依存しており、規模を拡大するのは難しい可能性がある。

このような特殊な反応器は、捕捉したCO2を変換することで効果的に機能するが、コーネル大学自体が述べているように、ガスの「悪名高い強力な分子結合」を分割するのは「簡単な作業ではない」。 そこで、プロセスを最適化するために、コーネル大学主導の研究グループは、二酸化炭素排出をより効率的に分解できる可能性のある 3D 印刷可能なセラミックスの開発に業界パートナーと協力し始めました。

チームは、Lithoz America と協力して計算モデリングと 3D プリンティングベースのアプローチを開発した先行研究の結果に基づいて、現在、性能が最適化されたリアクター部品の作成を目指しています。 そうすることで、研究者らは陸上のクリーンエネルギー源へのより良いアクセスを提供することで、米国経済を後押しできるとFuzeHubのエグゼクティブディレクター、エレナ・ガルク氏は信じている。

「国内生産の強化は経済の回復力を支えます」とガルク氏は説明した。 「今回の製造補助金では、選ばれたプロジェクトの多くが先端材料に関連したものでした。受賞者は技術的課題の解決に取り組むと同時に、生産のオンショアリングも支援しています。これは特にサプライチェーンの回復力にとって重要です。パンデミックの時代。」

セラミック3Dプリントの実践

セラミックには伝統的に脆弱性が伴うにもかかわらず、研究者や製造業者はこれを回避して、材料を 3D プリントして航空宇宙、エネルギー、さらにはレーダー用途の部品に成形する方法をますます見つけています。

2022 年 5 月、フランス宇宙庁は、宇宙サブシステムの最適化における 3D プリンティングの使用を調査していると発表しました。 具体的には、同庁は、宇宙推進のための重要なサブシステムの設計を改善するために、3Dプリントされた酸化物セラミック材料をどのように使用できるかについての可能性を検討していることを明らかにした。

Dimensional Energy とやや似ているように、ボッシュ アドバンスト セラミックスは、化学会社 BASF およびカールスルーエ工科大学と協力して、この材料を使用して世界初の 3D プリント セラミック マイクロリアクターを構築しました。 2022 年 7 月に発表されたこの装置は、プロセス中に生じることが多い極端な条件に耐えるだけでなく、化学反応を収容して促進するように設計されています。

CeramTec は昨年末、水中用途で 3D プリントされた圧電ソナー部品の需要が高まっていることも明らかにしました。 同社は、特に半球、ディスク、ブロック、チューブの製造に重点を置き、音響ソナーの使用例を伴うパッシブおよびアクティブ システムの両方向けにカスタマイズされた PZT コンポーネントを製造しています。

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注目の画像は、ディメンショナル・エナジーがコーネル・マクガバン・センターで原子炉をテストしている様子を示しています。 写真提供：コーネル大学。

Paul は歴史とジャーナリズムを卒業し、テクノロジー ニュースの最新スクープを見つけることに情熱を持っています。