Революционният “истински нулев въглероден” цимент използва електролиза, а не пещи

Традиционните процеси за производство на бетон водят до един тон CO2 за всеки тон произведен цимент – и тъй като говорим за някъде около 4,1 милиарда тона в световен мащаб само през 2022 г – повече от половината от това само в Китай – циментът има огромен принос за изменението на климата, като е отговорен за около 8% от глобалните въглеродни емисии.

Това го прави еднакво масивна възможност; който и да достигне до световен мащаб първи с конкурентна по отношение на разходите и напълно нулеви въглеродни емисии циментова алтернатива, може да седи на гигантска машина за печатане на пари, тъй като мандатите за декарбонизация и въглеродните данъци започват да се прилагат.

Няма недостиг на нисковъглеродни и въглеродно-улавяни бетонни алтернативи в процес на разработка, но MIT spinout Sublime Systems е особено интересен, тъй като използва нов електрохимичен подход към производството на цимент, който е “истински нулев въглерод” вместо “нетен нулев въглерод ” или “улавяне на въглерод” – тъй като може напълно да елиминира въглеродните емисии и в двете ключови точки, където те обикновено възникват в процеса.

Технологията на Sublime за производство на цимент с нулеви или ултраниски въглеродни емисии

При обикновеното производство на цимент варовикът се нагрява до около 1400 °C (2,5,52 °F) чрез изгаряне на изкопаеми горива – първият основен източник на емисии – за да се произведе чиста вар. Но варовикът е около 50% въглероден диоксид по тегло и когато топлината на пещта отделя този CO2, той е трудно да се улови, тъй като той се смесва с димните газове.

Подходът на Sublime е напълно различен и се основава на електролиза. Съоснователите на компанията Лия Елис, д-р и д-р Йет-Минг Чианг го обясняват подробно в Среден пост, но костите на процеса са както следва.

Водата се разделя при почти неутрално pH, произвеждайки водород и кислородни газове, но също и pH градиент между двата електрода. Минералът, съдържащ калций, реагира с киселината, образувана на анода, за да генерира разтворени калциеви йони, които след това мигрират към катода. Когато достигнат рН най-малко 12,5, те реагират с основата, генерирана на катода, за да се утаят като твърд калциев хидроксид – известен също като строителна вар или гасена вар.

Възвишени системи

Тази вар е незаменим заместител, който се захранва от традиционното производство на цимент. Това е основата; Sublime го е разработил, казват основателите, така че сега е по-енергийно ефективен, елиминира производството на водород, разделя газовите потоци от кислород и CO2, може да извлича варовик непрекъснато от реактора и може да се направи с помощта на -стандартно оборудване за електролиза.

Процесът е доста гъвкав и работи с различни суровини. Когато нисък клас варовик е всичко, което е икономически достъпно, той може да използва това. Този процес не може да избегне производството на CO2 – но поне излиза в чисто, студено състояние, предварително компресиран до 10 бара и готов за лесно улавяне и съхранение – и използва значително по-малко енергия и създава значително по-ниски емисии от обикновеното производство на цимент .

За истински нулев въглероден цимент, процесът може да извлече чист калций от примеси в силициев диоксид, магнезий, желязо или алуминий, например, като ги рафинира в материали от по-висок клас в процеса. Най-важното е, че всичко се случва при стайна температура, без нужда от горивна пещ или електрическо отопление.

Sublime твърди, че това е „единственият без изкопаеми горива, мащабируем, незаменим заместител на традиционния цимент в бетон“.

Постигане на ключова цел за сертифициране

Преди няколко дни Sublime обяви, че техният продукт е получил обозначението ASTM C1157. Това е индустриален стандарт, базиран единствено на изисквания за производителност, параметри за изпитване като развитие на якост, издръжливост, свиване, задържане на вода, съдържание на въздух, време на втвърдяване, плътност, ранно втвърдяване и напукване, и това означава, че Sublime Cement вече може да се използва в съответствие с основните Американски и международни строителни норми.

Колкото и да е странно, въпреки че стандартът C1157 е създаден преди повече от 30 години през 1992 г., голяма част от индустрията все още работи върху предишни стандарти, разработени през 1940 г. и 1967 г., които се фокусират върху някои ключови изисквания за ефективност, но също така изискват използването на портланд цимент, или други процеси, които изискват пещ с температура 1400 °C.

Възвишени системи

Както Елис обяснява след секунда Среден постцялата индустрия трябва да премине към стандарта ASTM C1157, ако истинските иновации в цимента с нулев въглерод искат да имат шанс да се конкурират – и тя отбелязва, че тази промяна е очевидно в ход и набира скорост, докато големите производители развиват своите продуктови линии.

Напредък, комерсиализация, срокове и ценообразуване

До месингови точки: къде е дейността на Sublime през 2023 г., кога ще започне да предлага на пазара „най-чистия цимент в света“, колко време ще отнеме, за да достигне размер, способен наистина да окаже влияние върху глобалните въглеродни емисии, и какво е зелената премия ще бъде върху ценообразуването?

„Нашата дългосрочна цел и нашето очакване е, че в крайна сметка, след като нашият процес бъде разширен и технологията стане зряла, след може би осем-десет години, ние имаме път да постигнем паритет на разходите с традиционното производство на портланд цимент“, казва Висшият вицепрезидент по научноизследователска и развойна дейност д-р Джеси Бенк, говорейки на Подкаст Невидима сила. „В крайна сметка, за да стимулираме възможно най-широкото възприемане, трябва да постигнем паритет на разходите с настоящите процеси. Знаем, че индустрията е много чувствителна към разходите, така че наистина да постигнем възможно най-голямо въздействие, това е, към което се стремим. “

„В краткосрочен план“, продължава той, „ние сме чисто нов подход и нова технология, която се конкурира с производството на портланд цимент, което е на повече от 100 години, и това е огромна, глобално мащабирана, технически зряла индустрия. Така че реалността е, че в краткосрочен план процесът е малко по-скъп, но поне за първото ни първо пълномащабно производствено съоръжение очакваме, че разходите ни ще бъдат по-ниски от разходите за портланд цимент плюс улавяне на въглерод. “

Възвишени системи

За да поставим това в контекст, циментът в момента струва около 130 щатски долара за метричен тони а Политически брифинг за 2022 г. от Белфър Сентър на Харвард цени улавянето на въглерод в производството на цимент някъде между $19-$205 за тон CO2. Така че, без да знаем за кой край на тази скала говори Sublime, изглежда, че първият чист циментов продукт на компанията може да се продава някъде между 15-158% повече от цената на рафта на мръсните му конкуренти.

Що се отнася до мащаба и напредъка, добре, Sublime започна като модел на изследователска лаборатория в грам мащаб в Масачузетския технологичен институт, но откакто бизнесът беше отделен, мащабът му се увеличи значително.

„Сега нашето съоръжение може да произвежда от порядъка на 100 тона цимент на година“, казва Бенк. „Така че вече сме изминали дълъг път, много порядъци по-голям, отколкото когато започнахме.“

„Това, към което работим сега,“ той продължава, „е демонстрационен завод, който ще има капацитет от около 25 000 тона годишно. Ние се стремим да го пуснем в експлоатация до края на 2025 г., така че да можем да започнем да произвеждаме през 2026 г. След това, ние сме се стремим към нашето първо пълноразмерно съоръжение за производство на цимент в търговски мащаб, което ще бъде около милион тона годишно. Разбира се, подробностите все още се уточняват, но графикът за това е около 2027-28 г. Освен това, надяваме се да се разгърнем в световен мащаб през 2030 г. Смятаме, че имаме ясен път към достигане на глобалния мащаб, който е необходим, за да има огромно въздействие.”

Възвишени системи

„Не можем да се спрем на цимент“, казва съоснователят Лиа Елис в презентация на събитието TEDx Boston миналата година. „Това е просто толкова важен материал… Има решения и хората в индустрията знаят за тях. През последните 20 години въглеродният отпечатък на бетона в САЩ е намалял с 20%, което е много впечатляващо, и в световен мащаб всички мултинационални корпорации, които произвеждат цимент, са поели нетни нулеви ангажименти за 2050 г. … Но това не е достатъчно.”

„Наистина трябва да има съгласувани усилия за справяне с този проблем“, продължава тя. „Сътрудничество между собствениците на сгради, с архитектите, със структурните инженери и с доставчиците на материали за пускане на нови продукти на пазара и за търсене на нисковъглероден цимент. Без капитал, без политика и без потребителско търсене, този проблем ще продължи да лети под радара.”

източник: Възвишени системи