Метод переработки цемента может помочь решить одну из самых больших климатических проблем в мире

Фотографии первого производства электрического цемента в электрической дуговой печи в Институте переработки материалов, Великобритания.Кредит: Институт обработки материалов

Метод, который, как говорят исследователи, является «абсолютным чудом», использует печи с электрическим мощным дугами, используемые для утилизации стали для одновременного переработки цемента, углеродного компонента бетона.

Бетон является вторым наиболее используемым материалом на планете, после воды, и отвечает за приблизительно 7,5% от общего антропогенного выбросов CO2.Масштабируемый, рентабельный способ сокращения конкретных выбросов при удовлетворении глобального спроса является одной из крупнейших в мире проблем декарбонизации.

Исследователи Кембриджа обнаружили, что использованный цемент является эффективной заменой потока извести, который используется в переработке стали для удаления примесей и обычно заканчивается как отходный продукт, известный как шлак.Но заменив лайм использованным цементом, конечный продукт представляет собой переработанный цемент, который можно использовать для создания нового бетона.

Метод переработки цемента, разработанный исследователями Кембриджа, сообщаемый в журнале Nature, не добавляет никаких существенных затрат на производство бетона или стали и значительно снижает выбросы как из бетона, так и из стали из -за снижения потребности в потоке извести.

Недавние тесты, проведенные Институтом переработки материалов, партнером проекта, показали, что переработанный цемент может быть получен в масштабе в электрической дуговой печи (EAF), когда это впервые достигнуто.В конце концов, этот метод может создать цемент с нулевым выбросом, если EAF работал от возобновляемой энергии.

«Мы провели серию семинаров с членами строительной отрасли о том, как мы могли бы сократить выбросы из этого сектора», - сказал профессор Джулиан Оллвуд из Департамента инженерии Кембриджа, который руководил исследованием.«Из этих дискуссий вышло много замечательных идей, но одна вещь, которую они не могли или не считали, это мир без цемента».

Бетон изготовлен из песка, гравия, воды и цемента, который служит связующим.Хотя это небольшая часть бетона, цемент отвечает почти за 90% бетонных выбросов.Цемент производится через процесс, называемый Clinkering, где известняк и другое сырье измельчают и нагревают примерно до 1450 ° C в больших печи.Этот процесс преобразует материалы в цемент, но выпускает большое количество CO2, поскольку известняк декарбонат в извести.

За последнее десятилетие ученые исследуют заменители цемента и обнаружили, что примерно половина цемента в бетоне может быть заменена альтернативными материалами, такими как летучая зола, но эти альтернативы должны быть химически активированы оставшимся цементом в порядке.затвердеть.

«Это также вопрос громкости - у нас физически недостаточно этих альтернатив, чтобы не отставать от глобального спроса на цемент, который составляет примерно четыре миллиарда [метрических] тонн в год», - сказал Эллвуд.«Мы уже определили низко висящие фрукты, которые помогают нам использовать меньше цемента, осторожно смешивая и смешивая, но чтобы добраться до нуля выбросов, нам нужно начать думать нестандартно».

«У меня была смутная идея из предыдущей работы, что, если бы можно было раздавить старый бетон, снимать песок и камни, нагрев цемента удалил бы воду, а затем он снова сформирует клинкер», - сказал первый автор доктор Сириль Дюнант, также из Департамента инженерии.«Ванная с жидким металлом поможет этой химической реакции, а электрическая дуговая печь, используемая для переработки стали, ощущалась как сильная возможность. Мы должны были попробовать».

Процесс клиинды требует тепла и правильной комбинации оксидов, которые находятся в использованном цементе, но должны быть реактивированы.Исследователи протестировали ряд шлаков, изготовленные из отходов сноса и добавили извести, глинозем и кремнезем.Шлаты были обработаны в EAF Института обработки материалов с расплавленной сталью и быстро охлаждены.

«Мы обнаружили, что комбинация цементного клинкера и оксида железа является отличным шлаком изготовления стали, потому что он пенится, и он хорошо течет», - сказал Даннант.«И если вы получите правильный баланс и достаточно быстро охладите шлак, вы получите реактивированный цемент, не добавляя каких -либо затрат в процесс создания стали».

Цемент, сделанный в рамках этого процесса утилизации, содержит более высокие уровни оксида железа, чем обычный цемент, но исследователи говорят, что это мало влияет на производительность.

Процесс Cambridge Electric Cement быстро увеличился, и исследователи говорят, что к 2050 году они могут производить один миллиард тонн в год, что составляет примерно четверть текущего годового производства цемента.

«Производство цемента с нулевыми выбросами является абсолютным чудом, но мы также должны уменьшить количество цемента и бетона, которые мы используем», - сказал Элтвуд.”Бетон дешевый, сильный и может быть сделан практически где угодно, но мы просто используем слишком много его. Мы могли бы значительно сократить количество бетона, которое мы используем без какого -либо снижения безопасности, но должна быть политическая воля, чтобы это произошлоПолем

«Помимо прорыва для строительной отрасли, мы надеемся, что Cambridge Electric Cement также станет флагом, который поможет правительству признать, что возможности для инноваций в нашем путешествии в нулевые выбросы выходят далеко за пределы энергетического сектора».

Исследователи подали патент на процесс на поддержку его коммерциализации.

Больше информации: Джулиан Оллвуд, Электрическая переработка портлендского цемента в масштабе, природа (2024).Doi: 10.1038/s41586-024-07338-8.www.nature.com/articles/s41586-024-07338-8 🔗