在一些行业中，实现可持续发展目标可能面临挑战，例如备受瞩目的碳减排举措“Race to Zero”（零碳竞赛），旨在到2030年将排放量减半，到2050年实现净零排放。这促使人们对直接空气捕获（DAC）技术的兴趣日益浓厚，该技术可直接从大气中去除二氧化碳（CO2），并将其封存在地下或转化为气候中和碳产品。
Octavia Carbon成立于2022年，致力于通过DAC技术降低大气中的CO2水平，以扭转气候变化。这家初创公司总部位于肯尼亚，是全球南部地区的第一家DAC公司，该公司充分利用了其地理位置优势。通过利用肯尼亚丰富的可再生能源、地质条件和熟练的员工队伍，该公司表示，其在降低DAC成本和加速DAC全球影响力方面具有独特的优势。
为寻求一款强大的基于真实物理场的仿真工具来支持工程设计流程，该团队于2023年在Ansys初创公司计划和Ansys优选渠道合作伙伴Qfinsoft (Pty) Ltd.的帮助下，采用了Ansys仿真解决方案。如今，Octavia Carbon运用Ansys仿真，通过结构、流体和热分析为产品设计提供信息。同时，该公司利用虚拟测试和原型设计，相比采用传统物理试验方法，最大限度地减少了时间和成本，从而加速产品开发。
了解DAC的不同之处
简而言之，DAC直接从大气中捕获CO2，而点源碳捕获则针对CO2排放源（如发电厂和工业设施）进行捕获。那么，哪种方法更好呢？Octavia Carbon热工程师Hannah Wanjau表示，其实两种方法都有助于减少碳排放，各自服务于不同的目的，并具有独特的优势。
她指出，点源捕获可防止CO2在排放时进入大气，但仅限于特定位置，而且无法应对已存在于大气中的CO2。另一方面，DAC可去除空气中现有的CO2 ，并可在具有充足可再生能源的任何地方进行部署，因此具有更高的通用性。
她说：“因此，DAC将在应对“历史排放”（数百年来累积的CO2排放），以及抵消航空和重工业等领域不可避免的污染物排放方面发挥至关重要的作用。”DAC专注于去除大气中的CO2，与点源捕获相辅相成，有助于实现净零目标和净负排放潜力，从而帮助扭转气候变化。”
为了增强Octavia Carbon的DAC技术，Wanjau和其他工程师向Ansys寻求强大的多物理场仿真解决方案。
Octavia Carbon流体工程师Victoria Barasa表示：“我们的技术涉及气体流动，因此我们需要一款工具来帮助我们优化技术设计，以实现最低成本、最高性能和最高安全标准。
在设计直接空气捕获（DAC）技术和设备时，Octavia Carbon的工程师使用Ansys仿真技术进行计算流体力学（CFD）和有限元分析（FEA）。
DAC的另一个优势是，捕获的CO2可以永久封存在深层地质构造中，防止其再释放到大气中。此外，捕获的CO2还可以转化为有价值的产品，例如合成燃料、建筑材料和塑料。
然而，其优势还远不止于此。Octavia Carbon工程师表示，DAC技术具有精确的量化产出和可扩展性，从而确保碳去除工作的透明度。与点源碳捕获不同，DAC技术还可在占地面积更小的前提下实现扩展，因为它不受特定区域限制，并可部署于排放源以外的地点。
Barasa表示：“Ansys一直是我们在工程设计领域的优秀合作伙伴，使我们能够开展详细的结构、流体和工艺仿真，通过帮助我们减少物理原型的数量，加速产品开发，从而缩短产品开发周期、降低成本，并提高技术的安全性。
成功DAC的仿真
DAC是一个两阶段循环过程，包含捕获和释放阶段。Octavia Carbon的DAC系统集工业设备和物理组件于一体，包括用于将空气吸入系统的风扇等，用于从空气中过滤CO2的吸附床，以及用于从吸附材料中释放捕获的CO2的加热系统。Octavia Carbon的工程师表示，吸附剂作为一种固体CO2过滤材料，是该技术的核心，它被置于DAC单元中，可以最大限度地提高效率。此外，压缩机可用于调节释放的CO2，并为地质封存做好准备，而传感器等控制设备则用于监控CO2浓度。
该团队使用Ansys Fluent流体仿真软件来验证从Octavia Carbon专有换热器到接触材料的传热率。计算流体力学（CFD）分析还可用于在设计过程中预测和验证DAC单元内的气流和蒸汽的流动型态。Barasa认为，在制造和实施之前，CFD分析对于验证初创公司的定制热概念至关重要。
她说：“这使我们能够准确设计并确定风扇、鼓风机和蒸汽输送系统的尺寸。此外，它还可以根据CFD结果为蒸汽调节设备的实施提供决策支持。”
Octavia Carbon的DAC技术包含多个物理组件，包括风扇、吸附床、加热系统和压缩机，这些组件都集成在一个单元内。
工程师还使用Ansys Rocky颗粒动力学仿真软件进行离散单元法（DEM）-CFD耦合，以确定吸附剂接触器材料在以不同速度与空气相互作用时的行为。Barasa表示，这可以提供对所需空气阈值速度的关键参数研究，以准确确定不同吸附材料的风扇和鼓风机尺寸。
除了流体仿真之外，该团队还使用Ansys Mechanical结构有限元分析（FEA）软件，对压力容器（例如DAC单元的外壳）进行热和结构仿真。该团队还将其用于载荷分析，以确保内部安装的起重设备（如起重机）的完整性和耐久性。
Octavia Carbon工程师使用Ansys Mechanical结构有限元分析（FEA）软件，对压力容器（例如DAC单元的外壳）进行热和结构仿真。
Octavia Carbon对Ansys表达了感谢，通过Ansys初创公司计划，仿真变得更易于实现。
Wanjau表示：“Ansys还使我们能够探索更广泛的设计，从而提升创新能力，这有助于我们推进DAC技术的发展。此外，以较低成本访问Ansys学习中心（ALH）以及由AnsysGPT人工智能驱动的虚拟助手等资源，有助于我们积累团队知识、开发和应用高级仿真技能以改进技术。”
Wanjau指出，Qfinsoft也是软件成功集成的关键。
她说：“Qfinsoft (Pty) Ltd.在Octavia Carbon引入和支持Ansys仿真集成方面发挥了重要作用。他们全面介绍了Ansys软件用于对复杂多物理场问题进行分析的广泛功能。此外，通过他们的支持，我们还接触到仿真领域经验丰富的工程师团队，他们在帮助我们拓展知识和丰富技能方面发挥了不可估量的作用。”
最大限度地利用自然资源
该初创公司最大限度地利用肯尼亚的自然资源，并强调肯尼亚的电网中93%的能源为可再生能源，其中约48%的能源来自地热资源。
Wanjau表示：“我们设计了DAC技术，使其能够直接与地热能集成。尽管DAC-地热集成已经得到验证，但我们正在通过优化系统来巩固现有的成功经验，以显著降低DAC运营成本和地热能利用成本。廉价、丰富且清洁的地热能，将驱动我们DAC方法中最耗能的环节，例如解吸加热、冷却和真空环境生成。”
Wanjau预计，该集成将可满足公司位于大裂谷的试点DAC和封存设施最多达80%的能源需求，该试点和设施被称为“蜂鸟项目”（Project Hummingbird），是全球第二个DAC和地质封存设施。
该公司认为，肯尼亚的地质条件对DAC十分有利，大裂谷等地拥有丰富的玄武岩地层，非常适合封存捕获的CO2。
该初创公司表示，肯尼亚运营的另一个优势是拥有成本相对较低的制造基地。
Barasa说：“通过本地能力建设，我们培养出一支由62名专业人士组成的高技能团队，其中包括40多名工程师，以满足新兴气候技术行业的需求。这种方法不仅使我们能够更快地掌握技能，而且还促进了该地区的社会经济发展。”
蜂鸟项目，Octavia Carbon在肯尼亚大裂谷的试点DAC和封存装置
除了项目现场外，该团队还在内罗毕设有一个研发（R&D）和制造设施。
展望更清洁的未来
Octavia Carbon拥有长期可持续发展目标。该公司的目标是到2030年从大气中去除超过100万吨的CO₂，并通过为可持续航空燃料（SAF）和绿色钢铁等行业赋能来推动可持续创新。
为了实现这些目标，该初创公司计划扩展其DAC技术，同时利用Ansys仿真来降低成本。
Wanjau表示：“Ansys仿真将有助于降低我们的DAC技术成本，通过实现虚拟原型设计，减少对传统物理原型的需求，并创建用于实时监控技术的数字孪生，帮助识别和解决代价高昂的故障，甚至预测机器的未来性能。”
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