Struja umesto peći na 1.450 stepeni: Novi proces proizvodnje cementa smanjuje emisije CO₂ za 98%
Tehnologija razvijena u Kanadi koristi električnu energiju i reciklirani beton za proizvodnju klinkera bogatog belitom uz čak 70% manju potrošnju toplote.
Cement je materijal bez kojeg je teško zamisliti građevinarstvo. Ali to ima i svoju cenu. Svake godine u svetu se proizvede oko četiri milijarde tona ovog veziva koje se koristi za izradu betona, od kojeg se gradi sve što inženjeri zamisle.
Međutim, njegova proizvodnja ima značajan uticaj na životnu sredinu. Procene kažu da cementna industrija generiše više ugljen-dioksida od ukupnih emisija celokupnog avio-saobraćaja.
Novo istraživanje naučnika sa Univerziteta Britanske Kolumbije, objavljeno u časopisu ACS Energy Letters, pokazuje da bi proizvodnja cementa mogla postati znatno čistija zahvaljujući elektrohemijskom procesu koji drastično smanjuje potrebu za visokim temperaturama i omogućava korišćenje recikliranog betona kao sirovine.
Srodni tekstovi na portalu Gradnja:
Zašto je proizvodnja cementa veliki izvor emisija?
Klasična proizvodnja cementa zasniva se na zagrevanju mešavine krečnjaka i drugih mineralnih sirovina u velikim rotacionim pećima na temperaturama do približno 1.450 °C.
Tom prilikom nastaje klinker, osnovna komponenta cementa, koja se potom melje u fini prah i koristi za proizvodnju različitih vrsta cementa.
Emisije ugljen-dioksida nastaju iz dva izvora. Prvi je velika količina energije potrebna za zagrevanje peći, koja se uglavnom dobija sagorevanjem fosilnih goriva. Drugi je sam proces kalcinacije, tokom kojeg se kalcijum-karbonat iz krečnjaka razlaže na kalcijum-oksid i ugljen-dioksid.
Zbog toga čak ni potpuni prelazak na obnovljive izvore energije ne rešava u potpunosti problem emisija u cementnoj industriji.
Elektrohemijski reaktor menja pravila igre
Istraživači su razvili alternativni proizvodni proces koji koristi električnu energiju za pokretanje hemijskih reakcija umesto oslanjanja na ekstremno visoke temperature.
U centru sistema nalazi se kontinuirani elektrohemijski reaktor koji pretvara krečnjak i silikatne sirovine u kalcijum-silikat-hidrat (eCSH). Ovaj materijal zatim služi za proizvodnju klinkera sa visokim sadržajem belita, mineralne komponente cementa koja zahteva znatno niže temperature pečenja od onih koje se koriste u proizvodnji običnog portland cementa.
Istraživači su razvili alternativni proizvodni proces koji koristi električnu energiju za pokretanje hemijskih reakcija umesto oslanjanja na ekstremno visoke temperature.
Električna energija omogućava transport jona i odvijanje hemijskih reakcija unutar reaktora, pa se veliki deo procesa odvija bez potrebe za tradicionalnim pećima koje troše ogromne količine energije.
„Naš tim želeo je da problem emisija reši u samom izvoru proizvodnje cementa. Koristili smo električnu energiju i reciklirani beton za proizvodnju prekursora cementa na temperaturama nižim nego ikada ranije“, izjavio je Curtis Berlinguette, jedan od autora istraživanja.
Potrebno čak 70% manje toplote
Jedna od najvećih prednosti novog postupka jeste značajno smanjenje potrebne količine toplote.
Početna elektrohemijska reakcija odvija se na svega oko 60 °C, dok završna termička obrada zahteva temperaturu od približno 650 °C.
To je znatno manje od približno 1.200 °C potrebnih za proizvodnju konvencionalnog klinkera bogatog belitom, odnosno oko 1.450 °C koliko se koristi u proizvodnji klinkera za obični portland cement.
Početna elektrohemijska reakcija odvija se na svega oko 60 °C, dok završna termička obrada zahteva 650 °C, što je znatno manje od uobičajenih 1.450 °C.
Prema procenama istraživača, ukupna potreba za toplotnom energijom smanjena je za oko 70 procenata.
Pored smanjenja emisija, ovakav pristup mogao bi da donese i niže operativne troškove, manju potrošnju goriva i jednostavniju integraciju obnovljivih izvora energije u proizvodni proces.
Stari beton postaje sirovina za novi
Deo istraživanja odnosi se na i korišćenje građevinskog otpada, što je aktuelna tema u građevinarstvu.
Naučnici su još jednom pokazali da se umesto novog krečnjaka može koristiti reciklirani beton dobijen rušenjem postojećih objekata. Na taj način stari građevinski materijal postaje sirovina za proizvodnju nove generacije cementa.
Takav pristup doprinosi razvoju cirkularne ekonomije, smanjuje potrebu za eksploatacijom prirodnih resursa i istovremeno rešava deo problema odlaganja građevinskog otpada.
Emisije manje za gotovo 98%
Rezultati istraživanja pokazuju da bi nova tehnologija mogla gotovo potpuno eliminisati emisije ugljen-dioksida koje danas prate proizvodnju cementa.
Prema navodima autora, proizvodnja jedne tone klinkera bogatog belitom ovom metodom emituje približno 20 kilograma CO₂, dok proizvodnja tone klinkera za obični portland cement generiše oko 800 kilograma CO₂.
To predstavlja smanjenje emisija od gotovo 98 procenata.
Vodonik kao koristan nusproizvod
Tokom rada elektrohemijskog reaktora nastaje i vodonik. Istraživači smatraju da bi upravo taj vodonik mogao da posluži kao gorivo za završnu fazu zagrevanja materijala, čime bi se dodatno smanjila ili potpuno eliminisala potreba za fosilnim gorivima.
U tom slučaju čitav proces proizvodnje mogao bi da funkcioniše gotovo isključivo uz pomoć električne energije iz obnovljivih izvora.
Potencijal za velike infrastrukturne projekte
Belit je jedna od glavnih mineralnih faza cementnog klinkera, a cementi sa većim sadržajem belita razvijaju manju količinu toplote tokom hidratacije i zbog toga su posebno pogodni za masivne betonske konstrukcije.
Cement proizveden ovim postupkom verovatno neće odmah zameniti sve vrste cementa koje se danas koriste u građevinarstvu. Međutim, mogao bi imati značajnu primenu kod velikih infrastrukturnih projekata, poput brana, masivnih temelja i drugih konstrukcija kod kojih je važno kontrolisati razvoj toplote tokom vezivanja betona.
Iako je tehnologija još u fazi razvoja, predstavlja jedan od najozbiljnijih pokušaja da se emisije ugljen-dioksida iz cementne industrije svedu na minimum bez odricanja od materijala koji je neophodan za savremenu gradnju.
Istraživači su već pokrenuli startap kompaniju koja će raditi na komercijalizaciji tehnologije, dok je Univerzitet Britanske Kolumbije podneo međunarodnu patentnu prijavu za novi proizvodni proces.
