98%-kal kevesebb szén-dioxid: Új technológia a cementgyártásban

2024. október 21

A kép csak illusztráció (Forrás: Pixabay)

Az UCLA Szén-dioxid Menedzsment Intézetének (ICM) kutatói kifejlesztettek egy módszert, amely drasztikusan csökkenti a cementgyártás szén-dioxid kibocsátását, egy olyan folyamatét, amely jelenleg a globális CO2-kibocsátás körülbelül 8%-áért felelős.

A kutatók bemutatják a „ZeroCAL” nevű új módszerüket, amely a cementgyártás során keletkező szén-dioxid kibocsátás akár 98%-át is megszüntetheti, írja az Interesting Engineering.

hirdetés

A módszer nemcsak a mészkő termokémiai lebomlása által okozott kibocsátásokkal foglalkozik, hanem tiszta, energiatakarékos módot javasol a cement kemencék fűtésére is. „A ZeroCAL módszere nagyon jó megoldást kínál a cementgyártáshoz kapcsolódó szén-dioxid-kibocsátások megszüntetésére” – mondta Gaurav Sant, a tanulmány levelező szerzője és az UCLA Samueli Fenntarthatósági Pritzker Professzora.

Cementgyártás: egy szén-dioxid gyár?

A cement, különösen az Összetett Portland Cement, a modern építészet alapja, csak a víz előzi meg a globális fogyasztásban. Az előállítása jelentős környezeti költségekkel jár, főként a mészkő feldolgozásához használt szén-dioxid-intenzív módszerek miatt.

Mint ismeretes, a cementet hagyományosan fosszilis tüzelőanyaggal fűtött kemencékben állítják elő. Ez a folyamat közel 2,2 font (1 kilogramm) szén-dioxidot bocsát ki minden egyes kilogramm cement gyártása során, miközben a kibocsátások körülbelül 60%-a a mészkő mészzé (kalcium-oxid) való lebomlásából származik, a fennmaradó 40% pedig a kemencék fűtéséhez használt fosszilis tüzelőanyagok elégetéséből ered.

A folyamat energiaigénye szintén jelentős – egy metrikus tonna mész előállításához körülbelül 1,4 megawattóra szükséges, ami elég egy és fél amerikai háztartás egy hónapra elegendő áramellátásával.

A ZeroCAL módszer mind a cementgyártás bomlási, mind a fűtési szakaszát kezeli. A csapat kifejlesztett egy módot a kalcium-hidroxid, egy szén-dioxid-mentes cementprekurzor használatára a kalcium-oxid helyett. Ez az alternatív anyag csak vizet bocsát ki melegítéskor, ezzel megszüntetve a kalcinálási folyamat során keletkező CO2-kibocsátást.

Hogyan működik a ZeroCAL?

A folyamat mészkő vízalapú oldatban történő feloldásával kezdődik, amely etilén-diamin-tetraecetsavat tartalmaz, egy általánosan használt ipari vegyszert. A mészkőből származó kalciumot nanofiltrációval választják el, majd egy elektrokémiai folyamaton keresztül kalcium-hidroxidot állítanak elő.

A ZeroCAL folyamat melléktermékei közé tartozik a sósav, a szódabikarbóna és az oxigén. Ezenkívül hidrogéngázt is előállít, amely tiszta üzemanyagforrásként használható a cementkemencék fűtésére, ezzel kiküszöbölve a fosszilis tüzelőanyagok szükségességét a cementgyártás során.

Bár a módszer ígéretes, a ZeroCAL még mindig a fejlesztés korai szakaszában van, és megoldásra váró problémákkal küzd, különösen az energiafogyasztás terén. Jelenleg több energiát igényel ugyanis, mint a hagyományos cementgyártási technikák.

A kutatók azonban úgy vélik, hogy a folyamat optimalizálásával javítható lesz az energiahatékonyság. Vizsgálják a folyamat egyszerűsítésének lehetőségeit, valamint az elektrolitikus úton előállított sav- és lúgmelléktermékek felhasználásának optimalizálását is.

A jelentős vízigény kielégítésére a csapat azt javasolja, hogy a cementgyárakat tengerparti vagy folyóközeli helyszínekre telepítsék, e körben már folyamatban vannak a partneri együttműködések.

Az UCLA kutatói együttműködnek az Ultratech Cement Limiteddel, India legnagyobb cementgyártójával, hogy egy bemutatóüzemet építsenek, amely napi több metrikus tonna meszet állít elő a ZeroCAL módszerrel. Ez a partnerség kulcsfontosságú – India a világ második legnagyobb cementpiaca, így ideális tesztterep egy ilyen innovációhoz.

A cement dekarbonizálása

Más kutatók is dolgoznak a cementgyártás dekarbonizálásán. Például a Cambridge Egyetem csapata a régi beton újrahasznosításával kísérletezik, hogy szénsemleges cementet hozzanak létre, míg a Sublime Systems, az MIT egyik spinoff vállalata nemrég 75 millió dolláros befektetést kapott saját zéró-kibocsátású cementgyártási folyamatának kifejlesztéséhez.

A cement széles körű elterjedésének legnagyobb akadályai az ár és az energiahatékonyság, hisz a cementipar kis haszonkulccsal működik. Az öko-barát termelési módszerek fejlesztéséhez jelentős befektetésre és politikai támogatásra lenne szükség.

Ezen kihívások ellenére a klímaváltozás sürgős kezelése nélkülözhetetlenné teszi az olyan innovációkat, mint a ZeroCAL. Fabian Rosner társszerző a sajtóközleményben így fogalmazott: „A paradigmaváltó intézkedések szükségessége világosabb, mint valaha, és a ZeroCAL egy fejleszthető utat kínál a cementipar dekarbonizálásához.”