Цемент, основний інгредієнт бетону, є основною екологічною проблемою, на яку припадає 7,5% світових викидів парникових газів. Це перевищує викиди кожної країни, окрім Китаю та США. З огляду на його повсюдну присутність у будівництві, відмовитися від цементу наразі неможливо. Однак зробити його більш екологічним – перспективний шлях.
У своєму новаторському дослідженні вчені з Кембриджського університету розробили метод переробки цементу, який дозволяє виробляти новий матеріал без шкоди для довкілля.
Нова технологія виробництва цементу
Виробництво цементу залишалося незмінним протягом останнього століття. Основний компонент, портландцементний клінкер, виробляється шляхом нагрівання вапняку в печах при високих температурах. Цей процес є проблематичним, оскільки він значною мірою залежить від викопного палива, такого як вугілля, для досягнення таких температур, а вапняк під час розкладання виділяє значну кількість CO2.
Щорічно у світі виробляється приблизно 14 мільярдів кубометрів бетону, і ця цифра продовжує зростати в міру урбанізації економік країн, що розвиваються. Зростання галузі посилює її вуглецевий слід. Міжнародне енергетичне агентство попереджає, що подальші викиди від виробництва цементу можуть серйозно перешкодити зусиллям з досягнення вуглецевої нейтральності.
Зусилля зі створення “зеленого цементу” зі зниженими викидами вуглецю дали неоднозначні результати. Багато з цих рішень вимагають дорогих технологій, які важко масштабувати, або ж вони не є широко доступними.
Інноваційне рішення Кембриджу
Дослідники з Кембриджського університету запропонували новий підхід, використовуючи існуючий процес виробництва сталі для переробки цементу зі знесених будівель без викидів CO2. Цей процес може суттєво змінитися, пропонуючи дешевий цемент з низьким рівнем викидів в масштабах. Джуліан Олвуд, співавтор дослідження, вже подав заявку на патент і висловив захоплення потенційним впливом проекту.
“Цей проєкт захопливий… Я вірю, що він матиме величезний вплив”, – сказав Олвуд, експерт з промислових викидів і ключовий учасник звітів ООН про зміну клімату.
Перехід від сірого до зеленого
Традиційні зусилля зі скорочення викидів цементу зосереджені на заміні портландцементного клінкеру такими матеріалами, як летюча зола та шлак, або на розробці альтернативних в’яжучих речовин. Однак ці матеріали часто походять з інших процесів з високим рівнем викидів, таких як виробництво сталі та вугільна енергетика.
Новий процес не потребує нагрівання вапняку в печах. Замість цього використовуються електродугові печі (ЕДП), які зазвичай застосовуються для переробки сталі. У цьому процесі відновлена цементна паста замінює вапняковий флюс. Отриманий цемент дуже схожий на звичайний цемент.
Використання електродугових печей дозволяє виробляти цемент з нульовим рівнем викидів за умови, що електроенергія не містить шкідливих викидів. Цей метод також зменшує викиди при переробці сталі внаслідок зменшення потреби у вапняному флюсі.
Потенційний вплив
Екологічні переваги цього електричного процесу переробки є значними. Глобальна реалізація може забезпечити виробництво близько 1,4 гігатонни електроцементу і скоротити приблизно дві гігатонни викидів CO2. Для порівняння, США щорічно викидає близько шести гігатонн CO2, а Великобританія – близько 0,4 гігатонни. Це означало б монументальний зсув у скороченні викидів.
Початкові оцінки показують, що цей метод може бути економічно конкурентоспроможним з поточним виробництвом цементу, оскільки ціни на паливо і допоміжні матеріали зростають. Процес вимагає мінімальних змін або додаткових витрат для підприємств.
Крім того, використання перероблених матеріалів підтримує циркулярну економіку, зменшуючи кількість відходів і сприяючи сталому розвитку. Оскільки будівництво у світі триває, матеріалів для перероблення буде вдосталь.
Виклики та майбутні перспективи
Масштабування цього методу пов’язане з певними труднощами. Відділення цементної пасти від бетону все ще вдосконалюється, а необхідне обладнання може бути обмеженим. Економічна життєздатність процесу залежить від витрат на електроенергію, а домішки в бетоні можуть зробити деякі партії непридатними для переробки.
Незважаючи на ці перешкоди, дослідники оптимістично налаштовані щодо потенціалу цього методу, який може революціонізувати виробництво бетону.
Результати дослідження були опубліковані в журналі Nature, що стало важливою віхою у сталому виробництві цементу.