2022-09-15 15:36:45 JPM redakcja1 K

Malutkie glony mogą pomóc w rozwiązaniu brudnego sekretu klimatycznego betonu...

Beton odpowiada za więcej emisji gazów cieplarnianych niż lotnictwo...

(Jung Getty via Getty Images)

Ludzie produkują więcej betonu niż jakikolwiek inny materiał na planecie. Jest to dosłowny fundament współczesnej cywilizacji – i nie bez powodu.

Beton jest mocny, trwały, niedrogi i dostępny dla prawie każdej społeczności na świecie. Jednak światowy przemysł betonowy ma brudną, małą tajemnicę – tylko on odpowiada za ponad 8% globalnej emisji dwutlenku węgla – ponad trzykrotnie więcej niż emisje związane z lotnictwem. Emisje te podwoiły się w ciągu ostatnich dwóch dekad wraz z rozwojem miast azjatyckich, a popyt nadal rośnie w bezprecedensowym tempie.

Jest to również jedna z najtrudniejszych branż do dekarbonizacji, po części dlatego, że producenci są zazwyczaj hiperlokalni i działają na niewielkich marżach, pozostawiając niewiele na inwestycje w technologie, które mogą obniżyć emisje.

Jednak trudne nie musi oznaczać czegoś niemożliwego.

Architekci, inżynierowie, naukowcy oraz producenci cementu i betonu na całym świecie badają i pilotują kilka nowych strategii i technologii, które mogą znacznie zmniejszyć ślad węglowy cementu i betonu.

Oto kilka z nich, w tym jeden, nad którym pracuje mój zespół z University of Colorado: wymyślanie sposobów wykorzystania całkowicie naturalnych mikroalg do rozwiązania największego problemu emisji betonu – cementu.

Nie musi to być 100% cement

Głównym winowajcą wpływu betonu na klimat jest produkcja cementu portlandzkiego – proszku używanego do produkcji betonu.

Cement jest wytwarzany przez ogrzewanie wapienia bogatego w węglan wapnia do temperatury ponad 2640 stopni Fahrenheita (1450 stopni Celsjusza). Węglan wapnia rozkłada się na tlenek wapnia, czyli wapno palone, i dwutlenek węgla – ocieplający klimat gazem cieplarnianym. a reakcja chemiczna, którą Portland Cement Association nazywa „chemicznym faktem życia”, odpowiada za około 60% emisji związanych z cementem. Pozostała część pochodzi z energii do ogrzewania pieca.

Jedna z najbardziej obiecujących krótkoterminowych strategii zmniejszania śladu węglowego betonu wykorzystuje materiały takie jak popiół lotny z elektrowni węglowych, żużel z produkcji żelaza i kalcynowaną glinę w celu zastąpienia części cementu portlandzkiego w mieszankach betonowych. Są one znane jako uzupełniające materiały cementowe.

Użycie 20% do 50% popiołu lotnego, żużla lub kalcynowanej gliny może zmniejszyć zawartość węgla w mieszankach betonowych o mniej więcej takie same wartości procentowe.

Inna metoda wykorzystuje niewielkie ilości zmielonego wapienia w celu zastąpienia części cementu i staje się najlepszą praktyką. Po rygorystycznych testach kalifornijski Departament Transportu ogłosił niedawno, że dopuści do swoich projektów mieszanki cementu portlandzkiego z wapieniem, znane jako PLC. Z 5% do 15% mielonego kamienia wapiennego zastępującego cement, PLC może zmniejszyć emisje o mniej więcej taką samą ilość. Decyzja Kalifornii szybko skłoniła inne stany do zatwierdzenia użycia PLC.

Wielu badaczy opowiada się obecnie za przyjęciem cementu wapienno-kalcynowanego, który zawiera około 55% cementu portlandzkiego, 15% mielonego wapienia i 30% kalcynowanej gliny. Może to obniżyć emisje o ponad 45%.

Co może zrobić elektryfikacja i wychwytywanie dwutlenku węgla

Cementownie zaczęły również testować technologie wychwytywania węgla i piece elektryczne w celu zmniejszenia emisji. Jednak wychwytywanie dwutlenku węgla jest drogie, a skalowanie technologii w celu zaspokojenia zapotrzebowania przemysłu cementowego i betonowego nie jest łatwym zadaniem.

Elektryfikacja pieca napotyka te same bariery. Aby zelektryfikować jeden z najbardziej energochłonnych procesów na świecie, potrzebne są nowe technologie i duże inwestycje kapitałowe. Jednak obietnica zerowych emisji związanych ze spalaniem jest wystarczająco kusząca dla niektórych przedsiębiorców i firm cementowych – w tym tych zainteresowanych wykorzystaniem 100% energii słonecznej do produkcji cementu – którzy ścigają się w poszukiwaniu rozwiązań, które są zarówno technologicznie, jak i ekonomicznie opłacalne na dużą skalę.

Ustawa o redukcji inflacji, uchwalona przez Kongres w sierpniu 2022 r., może pomóc w szerszym wykorzystaniu niektórych z tych technologii. Obejmuje finansowanie modernizacji sprzętu i dodawanie możliwości wychwytywania dwutlenku węgla, a także ulgi podatkowe dla producentów w celu ograniczenia emisji.

Bez cementu, ewentualnie z algami

Inną strategią jest wytwarzanie funkcjonalnie równoważnych materiałów, które w ogóle nie zawierają cementu portlandzkiego.

Materiały takie jak żużel aktywowany alkalicznie lub beton cementowy z popiołu lotnego są produkowane przez połączenie żużla, popiołu lotnego lub obu z bardzo mocnym podłożem. Wykazano, że materiały te zmniejszają emisje dwutlenku węgla o 90% lub więcej i mogą spełniać kryteria skali i kosztów, ale nadal stoją przed wyzwaniami technicznymi i regulacyjnymi.

Niektóre przykłady niskoemisyjnych produktów betonowych bez cementu portlandzkiego, które zyskały popularność na rynku, to modułowe elementy na bazie wollastonitu, bloki ziemne i prefabrykowane produkty biocementowe - w tym produkowane przy użyciu fotosyntetycznych, biomineralizujących mikroalg.

Algi były również wykorzystywane jako alternatywne biopaliwo do ogrzewania pieców cementowych, a systemy uprawy alg zostały również powiązane z produkcją cementu w celu wychwytywania węgla.

Mój zespół z University of Colorado Boulder i ja analizujemy wykorzystanie wapienia pochodzącego z alg do produkcji cementu portlandzkiego, co może pomóc w wyeliminowaniu 60% emisji związanych z produkcją cementu. Ta technologia jest interesująca, ponieważ łączy się z konwencjonalną produkcją cementu.

Używanie betonu do blokowania wychwyconego CO2

Inżynierowie eksperymentują również z wtłaczaniem wychwyconego dwutlenku węgla do betonu, a także z wykorzystaniem kruszyw z dwutlenku węgla zamiast żwiru lub piasku domieszanego do betonu.

To ekscytująca koncepcja, ale jak dotąd wstrzykiwanie przyniosło ograniczoną redukcję emisji dwutlenku węgla, a produkcja agregatów magazynujących dwutlenek węgla nie została jeszcze zwiększona.

Rosnący problem

Ostatecznie czas pokaże, czy te i inne technologie spełnią swoją obietnicę.

Pewne jest to, że w przemyśle cementowym i betonowym na całym świecie panuje przekonanie, że ma problem do rozwiązania, a nie ma rozwiązania. Może wymagać zestawu rozwiązań dostosowanych zarówno do rynków lokalnych, jak i globalnych, aby sprostać bezpośrednim i długoterminowym wyzwaniom związanym z nadążaniem za stale rosnącą populacją i szybko zmieniającym się klimatem.

Udostępnij
Nie ma jeszcze żadnych komentarzy.
Treść wiadomości jest wymagana.