Решение проблемы огромного количества углерода в цементе

Новые технологии и новые ингредиенты могут значительно сократить огромные выбросы углерода при производстве цемента и бетона.

Бетон повсюду: в зданиях, дорогах, тротуарах, мостах и ​​фундаментах почти всех мыслимых сооружений. Мы производим больше бетона, чем любой другой материал на Земле, и этот объем растет благодаря глобальному развитию, особенно в Китае и Индии. Цемент — порошкообразное связующее, которое скрепляет песок или щебень в бетоне — является одним из самых энергоемких продуктов на планете. Используемый в нем известняк обжигается при температуре до 1450 градусов по Цельсию (2640 градусов по Фаренгейту) в огромных печах, которые сжигаются почти исключительно на ископаемом топливе. В результате химических реакций в качестве побочного продукта образуется еще больше углекислого газа. При производстве одного килограмма цемента в атмосферу выбрасывается один килограмм CO2. Ежегодно во всем мире производство цемента и бетона генерирует до 9 процентов всех выбросов углекислого газа в результате деятельности человека.

На протяжении столетия общества производили цемент и бетон практически одним и тем же способом. Испытания показали, что часть цемента в смеси можно заменить обожженной (обожженной) глиной или ингредиентами, изготовленными из таких отходов, как летучая зола и шлак, без потери прочности, но с меньшими выбросами. Предложений недостаточно для удовлетворения спроса, но такие альтернативы могут в некоторой степени сократить выбросы CO2.

Другие альтернативные материалы и процессы могут значительно сократить выбросы. Некоторые уже распространяются; другие являются экспериментальными. Поскольку большая часть цемента и бетона производится на местном или региональном уровне, недалеко от того места, где он используется, наличие материалов-заменителей, пересмотренных строительных стандартов, позволяющих их использование, капитальные затраты на переоснащение и признание рынка — все это практические проблемы.

Производство цемента потребляет большое количество энергии, большая часть которой приходится на ископаемое топливо, выделяющее CO2. Некоторые этапы также напрямую выделяют CO2, в частности, создание извести (этап 3), а затем клинкера, отверждающего агента (этап 4). Замена ископаемого топлива возобновляемыми источниками энергии и повышение эффективности производства могут сократить выбросы углекислого газа до 40 процентов. Использование другого сырья для производства клинкера может значительно снизить оставшиеся 60 процентов выбросов углерода. (Показанный процесс относится к так называемым сухим печам; они широко заменили мокрые печи, которые потребляют еще больше энергии.)

1. Добыча и измельчение известняка

Как это работает: Месторождения, содержащие карбонат кальция, такие как известняк или мел, добываются в карьерах, которые могут включать небольшое количество глины, содержащей кремний, алюминий или железо. Ингредиенты измельчаются на кусочки размером менее 10 сантиметров, а затем перемалываются в порошок, называемый сырой мукой.

Есть куда улучшить:Начните с базальта вместо известняка или используйте «известняк с отрицательным выбросом углерода», полученный из отходов CO2 (этап 2), что позволит сократить выбросы на 60–70 процентов.

2. Разогрейте сырую муку...

Как это работает:Сырая мука в камере над печью нагревается до температуры 700 градусов Цельсия за счет горячих, вращающихся выхлопных газов печи, отводящих влагу.

Есть куда улучшить: Сжигайте богатый кислородом воздух, чтобы уменьшить выбросы CO2. Добавьте оборудование для улавливания CO2, что может сократить выбросы до 60 процентов. Используйте отработанный CO2 для производства известняка с отрицательным выбросом углерода (шаг 1). Сжигайте биомассу или отходы для обогрева печи вместо ископаемого топлива.

3. ... и превратить еду в лайм

Как это работает: Предварительно нагретая мука сжигается в камере сгорания непосредственно над и внутри верхней части печи при температуре от 750 до 900 градусов Цельсия, превращая карбонат кальция в оксид кальция (негашеную известь) и CO2. На этот этап приходится от 60 до 70 процентов CO2, выбрасываемого из сырья, и потребляется около 65 процентов всего топлива, используемого во всем процессе производства цемента.

Есть куда улучшить: Сжигайте богатый кислородом воздух, чтобы уменьшить выбросы CO2. Добавьте оборудование для улавливания CO2. Используйте электрическую печь, работающую на возобновляемых источниках энергии, сокращая выбросы на этапах 2, 3 и 4 на 30–40 процентов.