۹۸٪ کمتر کربن: فناوری جدید و وعده کاهش تقریباً صفر انتشار از تولید سیمان
محققان مؤسسه مدیریت کربن دانشگاه UCLA روشی برای کاهش انتشار کربن در تولید سیمان به طور چشمگیر توسعه داده‌اند، فرایندی که در حال حاضر حدود ۸٪ از انتشار جهانی CO2 را به خود اختصاص می‌دهد.
محققان فرایند نوین "ZeroCAL" خود را توضیح می‌دهند که هدف آن حذف تا ۹۸٪ از انتشار کربن معمول در تولید سیمان است.
این فرایند نه تنها به تجزیه شیمیایی سنگ آهک به آهک پرداخته بلکه روش تمیز و انرژی‌بخشی برای گرم کردن کوره‌های سیمان پیشنهاد می‌کند.
"روش ZeroCAL یک راه‌حل زیبا برای حذف انتشار گاز دی‌اکسیدکربن مرتبط با فرایند تولید سیمان ارائه می‌دهد،" گفت گاوراو سانت، نویسنده اصلی مطالعه و پروفسور پريتزکر در رشته پايداری در UCLA ساموئلی.
تولید سیمان: کارخانه کربن؟
سیمان، مخصوصاً سیمان پورتلند معمولی، ستون فقرات ساخت و ساز مدرن است، بعد از آب در مصرف جهانی. تولید آن هزینه زیست‌محیطی بزرگی دارد، عمدتاً به دلیل روش‌های کربن‌محور استفاده شده برای پردازش سنگ آهک، ماده خام کلیدی.
به طور معمول، سیمان با گرم کردن سنگ آهک در کوره‌های سوخت فسیلی تولید می‌شود. این فرایند نزدیک به ۲.۲ پوند (۱ کیلوگرم) گاز دی‌اکسیدکربن برای هر کیلوگرم سیمان تولید شده منتشر می‌کند، با دریافت حدود ۶۰٪ از انتشار از تجزیه سنگ آهک به آهک (کلسیم اکسید) و ۴۰٪ باقی‌مانده ناشی از احتراق سوخت‌های فسیلی برای گرم کردن کوره‌ها است.
نیازهای انرژی این فرایند نیز به همان اندازه بزرگ است – تولید یک تن متریک آهک حدود ۱.۴ مگاوات ساعت نیاز دارد، که برای تامین باکس یک و نیم خانه آمریکایی در یک ماه کافی است.
روش ZeroCAL هر دو مرحله تجزیه و گرمایش در تولید سیمان را مخاطب قرار داد و تیم روشی برای استفاده از کلسیم هیدروکسید، یک پیش‌ساز بدون کربن برای سیمان، به جای کلسیم اکسید توسعه داد. این ماده جایگزین تنها آب را هنگام گرم‌کردن منتشر می‌کند، حذف کامل انتشار CO2 از فرایند کلسیناسیون.
روش کار ZeroCAL
فرایند با حل کردن سنگ آهک در یک محلول آبی حاوی اتیلن دی‌آمین تترااستیک اسید، یک ماده شیمیایی صنعتی رایج، آغاز می‌شود. سپس کلسیم استخراج شده از سنگ آهک از طریق نانوفیلتراسیون جدا شده و یک فرایند الکتروشیمیایی به کلسیم هیدروکسید تبدیل می‌شود.
فرایند ZeroCAL نتایجی همچون تولید هیدروکلریک اسید، بیکینگ سودا و اکسیژن را داراست. همچنین گاز هیدروژن تولید می‌کند، که می‌تواند به عنوان یک منبع سوخت تمیز برای گرم‌کردن کوره‌های سیمان استفاده شود – فرایندی که نیاز به سوخت‌های فسیلی را در تولید سیمان حذف می‌کند.
با این حال، ZeroCAL هنوز در مراحل ابتدایی توسعه است و با چالش‌هایی خاص محتوا داخل نظر انرژی روبرو است. در حال حاضر، تولید آن به انرژی بیشتری در مقایسه با تکنیک‌های تولید سنتی سیمان نیاز دارد.
با این حال، محققان اعتقاد دارند که عملیات می‌توانند به طریقی هماهنگ شده که منجر به بهبود کارایی انرژی در طول زمان شود. آنها در حال تحقیق راه‌های ساده‌سازی فرایند و بهینه‌سازی استفاده از اسید و بیس مشارکت شده از طریق الکترولیز هستند.
همچنین برای نیازهای آب قابل توجه، تیم پیشنهاد داد که به دنبال کارخانه‌های سیمان نزدیک به سواحل یا رودخانه‌ها برای تامین نیازهای آبی باشد و همکارهای در حال حاضر در جریان است.
پژوهشگران UCLA با Ultratech Cement Limited، بزرگترین تولیدکننده سیمان هند، برای ساخت لايهای آزمایشی همکاری می‌کنند که چندین تن متریک آهک در روز با استفاده از فرایند ZeroCAL تولید خواهد کرد. این همکاری حیاتی است – هند دومین بازار سیمان جهان است، بهمین دلیل مکانی ایده‌آل برای آزمایش چنین نوآوری.
رفع کربن از سیمان
سایر ابتکارات تحقیقات نیز در حال تلاش برای رفع کربن از تولید سیمان هستند. به عنوان مثال، یک تیم در دانشگاه کمبریج در حال آزمایش با استفاده از بتن قدیمی برای ایجاد سیمان کربن خنثی هستند، در حالی که سیستم‌های سابلایم ، یک اسپین‌آوت از MIT، اخیراً سرمایه‌گذاری ۷۵ میلیون دلار برای افزایش پژوهش خود بر روی تولید سیمان بدون کربن دریافت کردند.
موانع اصلی بر سر راه پذیرش گسترده سیمان، هزینه و کارایی انرژی است. صنعت سیمان با حاشیه‌های نازک فعالیت می‌کند. افزایش مقیاس روش‌های تولید سازگار با محیط زیست نیاز به سرمایه‌گذاری و پشتیبانی سیاستی قابل توجه دارد.
با وجود این چالش‌ها، فوری بودن مسئله تغییرات آب و هوایی باعث می‌شود نوآوری‌هایی مانند ZeroCAL ضروری باشند. فابیان روسنر، نویسنده همکار، در اطلاعیه مطبوعاتی گفت، "نیاز به اقدامات تغییر دهنده واضح‌تر از قبل است و ZeroCAL مسیر قابل مقیاس و در دسترس برای رفع کربن از صنعت سیمان ارائه می‌دهد."
با توسعه و همکاری مداوم، ZeroCAL و فناوری‌های مشابه می‌توانند نقشی کلیدی در کاهش اثرات زیست‌محیطی تولید سیمان داشته باشند. چنین نوآوری‌هایی در تبدیل سازما‌های با تولید زیاد انتشار به عملیات‌های پایدار و سازگار با محیط زیست و اقتصادی بسیار مهم شکلی خواهند شد.
این مطالعه در مجله انجمن شیمیایی آمریکا شیمی پایدار و مهندسی منتشر شده است.
