Master's Thesis

3D-Printed Structures of a Rotating Absorber for CO2 capture

Final Thesis 4.62 MB

Author of thesis: Bc. Martin Hoskovec

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Ondřej Hájek, Ph.D.

Reviewer: Ing. Milan Malý, Ph.D.

Abstract:

HiGee (High Gravity) technology, which utilizes rotating packed beds (RPB) to intensify mass transfer, represents a highly efficient solution for the separation and capture of carbon dioxide. Despite the high efficiency of these devices, the production of packings remains challenging, as conventional manufacturing methods are often costly and limited in terms of design flexibility. Therefore, this master’s thesis focuses on the application of additive manufacturing technologies for the development of innovative packings. The literature review describes various types of rotating absorbers and their packings, with an emphasis on the use of 3D printing. In the experimental section, the designed packings are presented and subsequently tested using a laboratory rotating absorber. The thesis primarily compares the pressure drops of individual structures. Phase Doppler Anemometry (PDA) and a high-speed camera were employed to investigate droplet behaviour in the outer cavity of the device. Thanks to structural optimization, it is possible to increase the specific surface area of the packing, with only a marginal increase in pressure drop as a negative impact.

Keywords:

HiGee, Rotating Packed Bed, CO2 capture, 3D printing, Pressure drop, Phase Doppler Anemometry

Date of defence

09.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student seznámil zkušební komisi s průběhem řešení, výsledky a závěry své závěrečné práce. V návaznosti na posudky student zodpověděl dotazy oponenta. V rozpravě k DP byly položeny studentovi dále tyto otázky: Profesor Jedelský položil dotaz zaměřený na výsledky tlakových ztrát. Dále dotaz směřoval na porozitu u 3D tištěných struktur. Student dotaz včetně navazujících doplňujících otázek zodpověděl. Doc. Lízal následně položil dotaz zaměřený na navazování jednotlivých vrstev v gyroidních strukturách a na způsob řešení této problematiky. Další dotaz se týkal nejistot měření. Student na položené dotazy odpověděl. Doc. Charvát položil dotaz, zda byla porozita pouze počítána a nebo i měřena. Student dotaz zodpověděl.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Power and Thermo-fluid Engineering (N-ETI-P)

Specialization

Environmental Engineering (TEP)

Composition of Committee

doc. Ing. Jaroslav Katolický, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Bc. Jan Fišer, Ph.D. (člen)
Ing. Stanislav Patočka, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Jan Jedelský, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. František Lízal, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Pavel Charvát, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Ondřej Hájek, Ph.D.

Student Bc. Martin Hoskovec se velmi aktuálnímu tématu 3D tištěných vestaveb pro rotační absorbéry se zaměřením na záchyt CO2 věnoval po celou dobu svědomitě a se zájmem. Na konzultace chodil pravidelně, s vlastními návrhy řešení a rozpracovanými variantami k diskusi. Práce má experimentální charakter, takže student musel zvládnout jak technologii výroby, tak měřicí metody. Zvlášť oceňuji, jak samostatně a systematicky odladil technologické obtíže při MSLA tisku a jak si osvojil náročné optické metody (PDA, vysokorychlostní kamera).

Po obsahové stránce práce splňuje všechny body zadání a v experimentální části je překračuje. Výsledky jsou interpretovány korektně a s kritickým nadhledem - student si sám uvědomuje omezení výzkumu, například skutečnost, že měření probíhalo pouze v systému voda–vzduch, a správně naznačuje další směřování v podobě absorpčních experimentů. Přístup studenta hodnotím jako samostatný, zodpovědný a cílevědomý. Práci doporučuji k obhajobě a hodnotím stupněm A / výborně.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací B
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Milan Malý, Ph.D.

Předložená diplomová práce se zabývá návrhem, 3D tiskem a experimentálním testováním gyroidních vestaveb pro rotační absorbér využívaný k záchytu CO2. Jedná se o aktuální, multidisciplinární téma kombinující aditivní výrobu, mechaniku tekutin a procesní inženýrství. Práce je zpracována na 70 stranách za použití rozsáhlého množství odborné literatury. V teoretické části jsou podrobně popsány metody záchytu CO2, typy rotačních absorbérů a jejich vestaveb se zaměřením na využití 3D tisku. Praktická část zahrnuje návrh čtyř gyroidních vestaveb v softwaru nTop, odladění procesu MSLA tisku a experimentální měření tlakových ztrát, velikostí a rychlostí kapiček pomocí fázové Dopplerovské anemometrie a vizualizaci tvorby kapek vysokorychlostní kamerou. Graficky je práce na velmi dobré úrovni, obrázky jsou názorné a s českými popisy. Členění práce je logické a text je dobře čtivý. Experimentální část svědčí o značném množství odvedené práce.

Práce obsahuje pár formálních nedostatků (chybějící zkratky v nomenklatuře, dvakrát vložená Tabulka 3, chybějící reference 16 a 17, duplikovaná reference 18, nejednotné umístění citací vůči konci věty), které ale zásadně neovlivňují výslednou kvalitu práce.

V rámci zpracování výsledků postrádám hlubší zobecnění dat. Vzhledem k rozsáhlé měřicí matici by bylo vhodné vytvořit predikční korelace pro testované parametry. Některé závěry, např. nižší tlaková ztráta kovové pěny, mohou plynout z vyšší porozity, na kterou by bylo vhodné výsledky normalizovat. V práci mi chybí zmínka o smáčivosti povrchu použité pryskyřice, přestože tato vlastnost ovlivňuje tvorbu kapalinového filmu a tím i hydrodynamiku vestavby.

I přes tyto drobné výtky považuji práci za velmi zdařilou a doporučuji ji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací B
Topics for thesis defence:
  1. Jaký je kontaktní úhel pryskyřice BASF Ultracur3D RG 1100 s vodou a jak by odlišná smáčivost povrchu mohla ovlivnit srovnání s kovovou pěnou? Jaký může být vliv smáčivosti na tlakovou ztrátu a odolnost proti zahlcení?
  2. Jak by vypadalo srovnání tlakových ztrát, pokud by se výsledky normalizovaly na stejnou porozitu, případně vyjádřily jako tlaková ztráta na jednotku měrného povrchu?
  3. Jak vychází porovnání velikostí kapiček z PDA a z vysokorychlostní kamery? V práci jsou data z obou měřících metod, ale nejsou přímo porovnána. Byly v záznamech z kamery detekovány nějaké nesferické kapky, které mohly ovlivnit PDA měření?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová