Istraživači sa Univerziteta u Kembridžu razvili su metod za proizvodnju betona sa veoma niskim emisijama u obimu – inovacija koja bi mogla biti transformativna u prelasku na neto nulu.
Metoda, za koju istraživači kažu da je „apsolutno čudo“, koristi lučne peći na električni pogon koje se koriste za reciklažu čelika da istovremeno recikliraju cement, komponentu betona koja je gladna ugljenika.
Beton je drugi najkorišćeniji materijal na planeti, posle vode, i odgovoran je za približno 7,5% ukupne antropogene emisije CO 2. Skalabilan, isplativ način smanjenja emisija betona uz zadovoljavanje globalne potražnje jedan je od najvećih svetskih izazova dekarbonizacije.
Istraživači sa Kembridža otkrili su da je upotrebljeni cement efikasna zamena za krečni fluks, koji se koristi u reciklaži čelika za uklanjanje nečistoća i obično završava kao otpadni proizvod poznat kao šljaka. Ali zamenom kreča iskorišćenim cementom, krajnji proizvod je reciklirani cement koji se može koristiti za pravljenje novog betona.
Metoda reciklaže cementa koju su razvili istraživači iz Kembridža, objavljena u časopisu Nature, ne dodaje nikakve značajne troškove proizvodnji betona ili čelika i značajno smanjuje emisije iz betona i čelika, zbog smanjene potrebe za fluksom kreča.
Nedavni testovi koje je sproveo Institut za obradu materijala, partner u projektu, pokazali su da se reciklirani cement može proizvesti u velikim količinama u elektrolučnoj peći (EAF), što je prvi put da je to postignuto. Na kraju, ovaj metod bi mogao da proizvede cement sa nultom emisijom, ako se EAF napaja obnovljivom energijom.
„Održali smo seriju radionica sa predstavnicima građevinske industrije o tome kako možemo da smanjimo emisije iz ovog sektora“, rekao je profesor Džulijan Olvud sa Kembridža odeljenja za inženjering, koji je vodio istraživanje. „Mnogo sjajnih ideja proizašlo je iz tih diskusija, ali jedna stvar koju nisu mogli ili nisu hteli uzeti u obzir je svet bez cementa.“
Beton se pravi od peska, šljunka, vode i cementa, koji služi kao vezivo. Iako je to mali deo betona, cement je odgovoran za skoro 90% emisija betona. Cement se pravi kroz proces koji se zove klinker, gde se krečnjak i druge sirovine drobe i zagrevaju na oko 1.450°C u velikim pećima. Ovaj proces pretvara materijale u cement, ali oslobađa velike količine CO 2 kao dekarbonat krečnjaka u kreč.
Tokom protekle decenije, naučnici su istraživali zamene za cement i otkrili da se otprilike polovina cementa u betonu može zameniti alternativnim materijalima, kao što je leteći pepeo, ali ove alternative treba hemijski aktivirati preostalim cementom kako bi očvrsnuti.
„To je takođe pitanje obima — mi fizički nemamo dovoljno ovih alternativa da bismo održali korak sa globalnom potražnjom za cementom, koja iznosi otprilike četiri milijarde [metričkih] tona godišnje“, rekao je Allvood. „Već smo identifikovali nisko visi voće koje nam pomaže da koristimo manje cementa pažljivim mešanjem i mešanjem, ali da bismo došli do nulte emisije, moramo da počnemo da razmišljamo van okvira.“
„Imao sam nejasnu ideju iz prethodnog rada da ako je moguće drobiti stari beton, vađenje peska i kamenja, zagrevanje cementa bi uklonilo vodu, a zatim bi ponovo formirao klinker“, rekao je prvi autor dr Siril Dinan. , takođe sa odseka za inženjerstvo. „Kada tečnog metala bi pomogla ovoj hemijskoj reakciji, a elektrolučna peć, koja se koristi za recikliranje čelika, bila je velika mogućnost. Morali smo da pokušamo.“
Proces klinkerisanja zahteva toplotu i pravu kombinaciju oksida, koji se svi nalaze u korišćenom cementu, ali ih je potrebno ponovo aktivirati. Istraživači su testirali niz šljake, napravljene od otpada od rušenja i dodavanja kreča, glinice i silicijum dioksida. Zgure su obrađene u EAF Instituta za preradu materijala istopljenim čelikom i brzo hlađene.
„Otkrili smo da je kombinacija cementnog klinkera i oksida gvožđa odlična šljaka za proizvodnju čelika jer se peni i dobro teče“, rekao je Dunant. „A ako postignete pravu ravnotežu i dovoljno brzo ohladite šljaku, na kraju ćete dobiti reaktivirani cement, bez dodavanja ikakvih troškova procesu proizvodnje čelika.
Cement napravljen kroz ovaj proces recikliranja sadrži više nivoe oksida gvožđa od konvencionalnog cementa, ali istraživači kažu da to ima mali uticaj na performanse.
Proces Cambridge Electric Cementa se ubrzano širi, a istraživači kažu da bi mogli da proizvode milijardu tona godišnje do 2050. godine, što predstavlja otprilike četvrtinu trenutne godišnje proizvodnje cementa.
„Proizvodnja cementa sa nultom emisijom je apsolutno čudo, ali takođe moramo da smanjimo količinu cementa i betona koje koristimo“, rekao je Allvood. „Beton je jeftin, jak i može se praviti skoro svuda, ali jednostavno ga previše koristimo. Mogli bismo dramatično smanjiti količinu betona koju koristimo bez ikakvog smanjenja bezbednosti, ali treba da postoji politička volja da se to ostvari.“
„Pored toga što predstavlja proboj za građevinsku industriju, nadamo se da će Cambridge Electric Cement biti i zastava koja će pomoći vladi da prepozna da se mogućnosti za inovacije na našem putu ka nultim emisijama protežu daleko izvan energetskog sektora.
Istraživači su prijavili patent na proces kako bi podržali njegovu komercijalizaciju.
