В новом отчете Imperial альтернативные материалы и технологии улавливания углерода определены как критически важные для цементной промышленности.
Ежегодно производится около 3,5 миллиардов тонн обычного цемента, важнейшего строительного материала во всем мире, но каждая тонна выбрасывает до 622 кг углекислого газа (CO 2 ). Цементная промышленность вносит семь процентов глобальных антропогенных выбросов CO 2. CO 2 выделяется в зависимости от различий в материалах, используемых в производстве, типах используемых цементных печей и сжигаемого топлива.
В новой статье исследователи Имперского колледжа Лондона рассмотрели потенциально наиболее эффективные способы декарбонизации отрасли. Они говорят, что с выбросы можно сократить на 50 процентов, когда CO 2 активно удаляется из атмосферы.
Это можно сделать, используя комбинацию улавливания и хранения углерода (CCS) и заменителей топлива и промежуточных продуктов. Однако они говорят, что наиболее разумным решением могло бы стать сочетание сжигания твердых бытовых отходов с CCS, что могло бы сократить выбросы до минус 20 процентов от их нынешнего уровня.
Ведущий автор, профессор Пол Феннелл из Департамента химического машиностроения Imperial, сказал: «CO 2 является ключевым парниковым газом, приводящим к изменению климата, и он выделяется несколькими аспектами производства цемента. Значительную долю составляют выбросы, связанные с технологическим процессом и топливом. общих выбросов цемента, поэтому для сокращения выбросов углерода важны как модификация процесса, так и энергоэффективность . Определив эти источники и предложив действенные меры, мы надеемся помочь сделать более экологичной цементную промышленность ».
В отчете, опубликованном в Joule , дается обзор основных вариантов декарбонизации и их взаимодействия с точки зрения прямых выбросов в процессе производства цемента. Выявлены три ключевых направления с наибольшим потенциалом воздействия.
Химический состав производства цемента является причиной до 60 процентов выбросов углерода цементом, поэтому выброс углерода трудно предотвратить. Чтобы сделать цемент, порошкообразный известняк нагревают и комбинируют с различными компонентами, чтобы получить промежуточный продукт, называемый клинкером. 40 процентов от веса известняка составляет CO 2 , который выделяется во время этого процесса.
Процесс производства цемента. Предоставлено: Имперский колледж Лондона.
Установки CCS, прикрепленные к цементным печам, могут улавливать выделяемый углерод и хранить его там, где он не попадет в атмосферу. Исследователи говорят, что CCS обладает значительным потенциалом, и запланированы многочисленные пилотные и крупномасштабные демонстрации.
Биомасса и бытовые отходы
Производство цемента является энергоемким и требует 3,3 ГДж тепловой энергии на тонну клинкера, поэтому еще одним источником углерода в промышленности является способ работы заводов. Вместо использования углеродоемкого ископаемого топлива производители могут использовать углеродно-нейтральные биомассы.
Однако биомасса является ограниченным ресурсом, и затраты на ее использование в таком масштабе могут быть непомерно высокими, поэтому ее необходимо будет объединять с бытовыми отходами. Это может быть экономичным способом сокращения использования ископаемого топлива , помимо того, что он является относительно экологически чистым методом управления отходами, особенно если принять меры по отводу всего перерабатываемого материала перед использованием в печи.
Альтернативы клинкеру
Производство клинкера требует больших затрат углерода из-за углерода, выделяемого известняком, и из-за энергии, необходимой для этого процесса. Следовательно, выбросы можно сократить за счет снижения спроса на клинкер, например, за счет замены его отходами, такими как доменный шлак и угольная зола. Исследователи утверждают, что таким образом можно заменить от 30 до 40 процентов клинкера без ущерба для прочности цемента.
Профессор Феннелл добавил: «Хотя этот анализ может дать представление о том, что является, а что не является критическим для чистых нулевых или отрицательных выбросов, для полной количественной оценки выбросов необходим полный и всесторонний анализ жизненного цикла.
«Самая поразительная особенность этого простого анализа заключается в том, что это основной биологически полученный компонент топлива, вместе с добавлением CCS, что позволяет максимально сократить выбросы CO 2. Замена клинкера имеет ценность, особенно когда CCS не применяется , но очень глубокая декарбонизация потребует дальнейшего развития ».
«Обезуглероживание производства цемента » Пола С. Феннелла, Стивена Дж. Дэвиса и Асела Мохаммеда, опубликовано 20 мая 2021 года в Джоуль .
Дополнительная информация: Пол С. Феннелл и др., Декарбонизация производства цемента, Джоуль (2021 г.). DOI: 10.1016 / j.joule.2021.04.011