Revolucija za gradilišta: Ovo je mašina koja od starog betona pravi novi cement uz 70 odsto manju potrošnju toplote

Tehnologija razvijena u Kanadi koristi električnu energiju i reciklirani beton za proizvodnju klinkera bogatog belitom, uz smanjenje potrebne količine toplote za čak 70 odsto.

Novo istraživanje naučnika sa Univerziteta Britanske Kolumbije, objavljeno u časopisu ACS Energy Letters, ukazuje na mogućnost znatno čistije proizvodnje cementa. Reč je o elektrohemijskom procesu koji drastično smanjuje potrebu za visokim temperaturama i omogućava upotrebu recikliranog betona kao osnovne sirovine.

Zašto proizvodnja cementa stvara velike emisije

Tradicionalna proizvodnja cementa podrazumeva zagrevanje mešavine krečnjaka i drugih mineralnih sirovina u velikim rotacionim pećima na temperaturama koje dostižu oko 1.450 stepeni Celzijusa.

Tokom tog procesa nastaje klinker, osnovni sastojak cementa, koji se nakon mlevenja pretvara u fini prah i koristi za proizvodnju različitih vrsta cementa.

Emisije ugljen-dioksida nastaju iz dva glavna izvora. Prvi je velika potrošnja energije za zagrevanje peći, koja se uglavnom obezbeđuje sagorevanjem fosilnih goriva. Drugi izvor je sama kalcinacija, proces u kojem se kalcijum-karbonat iz krečnjaka razlaže na kalcijum-oksid i ugljen-dioksid.

Zbog toga ni potpuna primena obnovljivih izvora energije ne može u potpunosti da eliminiše emisije nastale tokom proizvodnje cementa.

Elektrohemijski reaktor kao nova alternativa

Naučnici su razvili novi proizvodni postupak koji koristi električnu energiju za pokretanje hemijskih reakcija, umesto oslanjanja na ekstremno visoke temperature.

Osnovu sistema čini kontinuirani elektrohemijski reaktor koji pretvara krečnjak i silikatne sirovine u kalcijum-silikat-hidrat (eCSH). Ovaj materijal koristi se za proizvodnju klinkera sa visokim sadržajem belita, mineralne komponente koja zahteva znatno niže temperature pečenja od onih potrebnih za proizvodnju klasičnog portland cementa.

Električna energija omogućava transport jona i odvijanje reakcija unutar reaktora, pa se veliki deo procesa obavlja bez tradicionalnih peći koje troše ogromne količine energije.

- Naš tim želeo je da problem emisija reši u samom izvoru proizvodnje cementa. Koristili smo električnu energiju i reciklirani beton za proizvodnju prekursora cementa na temperaturama nižim nego ikada ranije - izjavio je Curtis Berlinguette, jedan od autora istraživanja.

Do 70 odsto manja potreba za toplotom

Jedna od ključnih prednosti novog procesa jeste značajno smanjenje potrošnje toplotne energije.

Početna elektrohemijska reakcija odvija se na temperaturi od svega oko 60 stepeni Celzijusa, dok završna termička obrada zahteva približno 650 stepeni.

To je znatno manje od oko 1.200 stepeni potrebnih za proizvodnju konvencionalnog klinkera bogatog belitom, odnosno približno 1.450 stepeni koliko je potrebno za proizvodnju klinkera za obični portland cement.

Početna elektrohemijska reakcija odvija se na svega oko 60 °C, dok završna termička obrada zahteva 650 °C, što je znatno manje od uobičajenih 1.450 °C.

Prema procenama istraživača, ukupna potreba za toplotnom energijom smanjena je za oko 70 procenata.

Osim smanjenja emisija, ovakav pristup mogao bi da doprinese nižim operativnim troškovima, manjoj potrošnji goriva i lakšem uključivanju obnovljivih izvora energije u proizvodni proces.

Građevinski otpad kao nova sirovina

Poseban deo istraživanja odnosi se na upotrebu građevinskog otpada, što predstavlja jednu od važnih tema savremenog građevinarstva.

Istraživači su pokazali da se umesto novog krečnjaka može koristiti reciklirani beton dobijen rušenjem postojećih objekata. Na taj način stari građevinski materijal dobija novu vrednost i postaje sirovina za proizvodnju cementa nove generacije.

Takav pristup podržava principe cirkularne ekonomije, smanjuje potrebu za eksploatacijom prirodnih resursa i doprinosi rešavanju problema odlaganja građevinskog otpada.

Gotovo potpuno uklanjanje emisija CO2

Rezultati istraživanja pokazuju da bi nova tehnologija mogla gotovo u potpunosti da eliminiše emisije ugljen-dioksida povezane sa proizvodnjom cementa.

Prema podacima autora, proizvodnja jedne tone klinkera bogatog belitom ovom metodom generiše približno 20 kilograma CO2, dok se pri proizvodnji tone klinkera za obični portland cement emituje oko 800 kilograma CO2.

To znači da bi emisije mogle biti smanjene za gotovo 98 procenata.

Vodonik kao dodatna prednost procesa

Tokom rada elektrohemijskog reaktora nastaje i vodonik. Naučnici smatraju da bi upravo taj vodonik mogao da posluži kao gorivo za završnu fazu zagrevanja materijala, čime bi se dodatno smanjila ili potpuno eliminisala potreba za fosilnim gorivima.

U tom slučaju celokupan proizvodni proces mogao bi da funkcioniše gotovo isključivo uz pomoć električne energije dobijene iz obnovljivih izvora.

Moguća primena u velikim infrastrukturnim projektima

Belit predstavlja jednu od glavnih mineralnih komponenti cementnog klinkera, a cementi sa većim sadržajem ove faze razvijaju manje toplote tokom hidratacije. Zbog toga su posebno pogodni za masivne betonske konstrukcije.

Cement proizveden ovom metodom verovatno neće odmah zameniti sve vrste cementa koje se danas koriste. Ipak, mogao bi da pronađe značajnu primenu u velikim infrastrukturnim projektima, kao što su brane, masivni temelji i druge konstrukcije kod kojih je važno kontrolisati razvoj toplote tokom vezivanja betona.

Iako se tehnologija još nalazi u razvojnoj fazi, ona predstavlja jedan od najozbiljnijih pokušaja da se emisije ugljen-dioksida iz cementne industrije svedu na minimum, bez odustajanja od materijala koji je neophodan za savremenu gradnju.

Istraživači su već osnovali startap kompaniju koja će raditi na komercijalizaciji ovog rešenja, dok je Univerzitet Britanske Kolumbije podneo međunarodnu patentnu prijavu za novi proizvodni proces.

Biznis Kurir/Gradnja