Новый метод электрохимического синтеза может радикально снизить выбросы при производстве цемента

Цемент является основой современной строительной индустрии, однако процесс его изготовления наносит серьезный ущерб экологии. Ученые из Университета Британской Колумбии разработали технологию, позволяющую существенно сократить углеродный след производства за счет использования электроэнергии и вторичного сырья.

Проблема высоких температур

Ежегодно в мире производится около 4 миллиардов тонн цемента. Этот материал обеспечивает прочность зданий, дорог и мостов, но его изготовление связано с критическими экологическими нагрузками. На цементную отрасль приходится около 8% мировых выбросов углекислого газа, что превышает показатели всей авиационной промышленности.

Традиционный метод производства включает обжиг известняка и минеральных компонентов в огромных печах при температуре до 1450 °C. Такой подход создает две основные проблемы:

• Высокие энергозатраты, требующие сжигания ископаемого топлива (угля или природного газа).
• Химические выбросы: в процессе нагрева известняка происходит реакция кальцинации, при которой выделяется значительный объем углекислого газа.

Электрохимический прорыв

Исследователи предложили заменить традиционный нагрев электрохимическим реактором. Новая технология позволяет преобразовывать известняк и диоксид кремния в промежуточное соединение — электрохимически синтезированный гидрат силиката кальция (eCSH). Энергия электрического тока способствует перемещению ионов и химическим реакциям в более мягких условиях.

Ключевые преимущества процесса:

• Первичная стадия синтеза происходит при температуре 60 °C, что значительно ниже показателей классического производства.
• Финальный этап нагрева требует 650 °C, что почти в два раза меньше стандартных значений для получения клинкера (материала, из которого изготавливают цемент).
• Общая потребность в тепловой энергии снижается примерно на 70%.

Экологический потенциал и переработка

Технология позволяет использовать в качестве сырья вторичный бетон, полученный после сноса зданий. При использовании такого материала выбросы углекислого газа при производстве клинкера составляют всего 20 кг на тонну продукции, в то время как при традиционном способе показатель достигает 800 кг. Таким образом, сокращение выбросов составляет до 98%.

Дополнительным преимуществом метода стало получение водорода в качестве побочного продукта. Этот газ может быть использован в качестве экологичного топлива для обеспечения работы печей на втором этапе производства, что позволяет минимизировать зависимость от ископаемых энергоносителей.

Хотя предложенный цемент на основе белита (минерала, обеспечивающего прочность) может не подойти для всех видов строительных работ, он идеально подходит для возведения крупных инфраструктурных объектов, таких как дамбы. Низкая теплоотдача такого материала снижает риск образования внутренних трещин при застывании массивных бетонных конструкций.

Твитнуть