Новости химической науки > Получение цемента без выбросов диоксида углерода

Первые два места по выбросам диоксида углерода в атмосферу занимают энергетика и цементная промышленность. Последняя уверенно занимает второе место, обеспечивая около 5-6% всех антропогенных выбросов CO₂ – на каждые 10 килограмм произведенного цемента выделяется 9 кг CO₂.

Мировое производство цемента составляет около 3 триллионов тонн цемента ежегодно, очевидно, что для цементной промышленности имеется большой потенциал в плане сокращения выбросов углекислого газа в атмосферу. Хотя к настоящему времени существуют разработки, позволяющие понизить выбросы углекислого газа, ни один из предложенных процессов не позволяет полностью их устранить.

В поисках методов кардинального понижения уровня выбросов CO₂ исследователи из Университета Джорджа Вашингтона разработали метод производства цемента, отличающийся нулевыми выбросами углекислого газа. Более того, экономическая оценка эффективности нового метода позволяет говорить о том, что новый способ производства будет дешевле существующих промышленных способов.

При обычном процессе производстве извести из известняка для процесса декарбонизации энергия берется за счет горения углеродсодержащего топлива, что приводит к выбросам диоксида углерода. В процессе STEP для нагревания известняка используется солнечная энергия, что позволяет исключить эмиссию CO₂. (Рисунок из Chem. Commun., 2012, DOI: 10.1039/C2CC31341C)

Исследователи разработали процесс, который они назвали процесс солнечного термического электрохимического производства цемента [Solar Thermal Electrochemical Production – STEP] (ранее подобный процесс был разработан похожий на STEP процесс для понижения уровня CO₂ в атмосфере).

Как поясняют исследователи, около 70% выбросов CO₂ при производстве цемента образуется в ходе конверсии известняка в известь. Этот процесс представляет собой декарбонизацию известняка (CaCO₃), приводящую к образованию извести (CaO) и CO₂. Конечно же, большая часть выбросов CO₂ обусловлена не разложением карбоната кальция, а сгоранием углеродсодержащего топлива, применяющегося для нагревания CaCO₃.

Процесс STEP позволяет довести до нулевого уровня выбросы и того углекислого газа, который образуется при разложении известняка и при сгорании топлива, необходимого для этого разложения, применив вместо энергии сгорания топлива солнечную энергию. Солнечная энергия применяется не только для нагрева и расплава известняка, но и для обеспечения энергии для проведения электролиза известняка. В результате приложения электрического тока известняк разлагается не на СаО и CO₂, а известь и другие комбинации углерода и кислорода, зависящие от температуры реакции. При проведении электролиза при температуре выше 800°C, образуется СаО, C и O₂. Электролиз при температуре выше 800°C продуктами электролиза являются СаО, CО и O₂.

Образующиеся в ходе процесса TEMPO продукты не только менее опасны по сравнению с CO₂ в качестве парникового гаа, но и могут быть полезны – СО (себестоимость образования которого в ходе нового процесса существенно ниже себестоимости получения моноксида углерода традиционными способами) может использоваться для очистки ряда металлов, а также в промышленном органическом синтезе и получении полимеров.

Исследователи заявляют, что цемент, произведенный по методике STEP, будет отличаться гораздо меньшей стоимостью по сравнению с цементом, произведенным по традиционным технологиям. Они также предполагают, что принципиальный подход, применяющийся в новом процессе, может быть распространен не только на производство цемента, но и других процессов, в которых необходима конверсия известняка в известь – очистка алюминия и железа, производство стекла бумаги, сахара и химикатов сельскохозяйственного назначения, умягчения воды и удаления фосфат-ионов из сточных вод.

Источник: Chem. Commun., 2012, DOI: 10.1039/C2CC31341C

метки статьи: #вопросы экологии, #неорганическая химия, #химическая технология