Системы прямого улавливания CO₂ из воздуха используют специальные материалы для извлечения CO₂ из обычного атмосферного воздуха.
Читайте далее: Американские гиперзвуковые программы получат значительный импульс, новое соглашение обеспечит боеготовность инженерных решений.
Новый подход, разработанный исследователями из ETH Zurich, может превратить цементные заводы из основных источников выбросов углекислого газа в предприятия, способные удалять углекислый газ из атмосферы.
Цемент имеет важнейшее значение для современной цивилизации. Дороги, мосты, дома, офисы и бесчисленное множество других сооружений зависят от него. Но это сопряжено с серьезными экологическими издержками: по оценкам, на производство цемента приходится 5–8 процентов глобальных выбросов углекислого газа (CO₂). Теперь исследователи из ETH Zurich выявили потенциально важный способ изменить эту ситуацию.
Производство цемента может быть интегрировано с технологией прямого улавливания воздуха.
Их исследование предполагает, что производство цемента может быть интегрировано с технологией прямого улавливания углекислого газа из воздуха (DAC), что позволит цементным заводам не только сократить собственные выбросы, но и удалять CO₂, уже присутствующий в атмосфере.
В исследовании, опубликованном в журнале Chem Circularity, рассматривается система, основанная на циклировании кальция, — процессе, в котором используется тот же основной материал — известняк, — который уже является центральным элементом производства цемента.
Производство цемента приводит к выбросам CO₂ двумя основными способами. Во-первых, для производства цемента требуется огромное количество тепла. Традиционно цементные печи в значительной степени полагались на ископаемое топливо, что приводило к выбросам от сжигания.
Во-вторых, и это более важно, сам известняк выделяет CO₂ при нагревании. Известняк, или карбонат кальция, разрушается в процессе, известном как кальцинирование, в результате чего образуется негашеная известь и CO₂.
Это означает, что простая замена угля или газа более чистыми источниками энергии не устраняет все выбросы от производства цемента. Именно поэтому цементная промышленность считается одной из самых сложных для декарбонизации отраслей в мире.
«С точки зрения климата, сочетание технологии прямого улавливания углекислого газа и производства цемента является очень перспективным», — заявила Виттория Болонгаро, аспирантка, работающая с Бардоу и ведущий автор публикации на внешней странице.
Исследование, проведенное в ETH Zurich, использует иной подход: вместо того, чтобы рассматривать CO₂, выделяющийся при производстве цемента, только как отходы, оно предлагает объединить производство цемента с технологией, которая улавливает дополнительный CO₂ непосредственно из атмосферы.
Специализированные материалы для извлечения CO₂ из обычного атмосферного воздуха
Ключевой технологией является прямое улавливание CO₂ из воздуха (Direct Air Capture, DAC). В этих системах используются специальные материалы для извлечения CO₂ из обычного атмосферного воздуха. В исследовании ETH Zurich рассматривается процесс DAC, известный как кальциевый цикл, который имеет особенно интересную связь с производством цемента.
Обе технологии используют соединения кальция и предполагают нагревание известняка. В предлагаемой системе известняк нагревается для получения негашеной извести. Вместо того чтобы позволять уловленному углекислому газу улетучиваться, процесс позволяет отделить и собрать его. Затем к негашеной извести можно добавить воду, получив гашеную известь.
Гашеная известь способна поглощать CO₂ из окружающего воздуха. Впоследствии она превращается обратно в известняк, который снова может быть использован в процессе производства цемента. По сути, кальциевый материал может выступать в качестве многоразового носителя атмосферного CO₂.
Чем чаще этот материал проходит стадию улавливания из воздуха перед использованием в производстве цемента, тем больше потенциальное количество CO₂ удаляется из атмосферы. Ключевое различие: сокращение выбросов против удаления углерода.
Существует важное различие между снижением загрязнения окружающей среды при производстве цемента и фактическим удалением CO₂ из атмосферы. Если цементный завод просто заменяет ископаемое топливо возобновляемой электроэнергией, его выбросы могут существенно сократиться. Если же он улавливает CO₂, образующийся в процессе производства цемента, и хранит его под землей, он может предотвратить попадание этих выбросов в атмосферу.
Но подход ETH Zurich идет еще дальше. Система с кальциевым циклом позволяет улавливать CO₂ непосредственно из окружающего воздуха. Затем этот атмосферный CO₂ можно сжать и транспортировать для постоянного подземного хранения.
Следовательно, установка потенциально может стать экологически отрицательной — поглощая из атмосферы больше CO₂, чем вся система выбрасывает за весь свой жизненный цикл.
Исследователи смоделировали, как интегрированная система может работать в будущих сценариях. Их расчеты показывают, что электрификация цементной печи и прямое улавливание CO₂ могут снизить воздействие производства цемента на климат до 78 процентов к 2050 году.
Однако фактическая эффективность в значительной степени зависит от источника электроэнергии. Это связано с тем, что технология прямого улавливания CO₂ из атмосферы энергоемка. Если электроэнергия, необходимая для работы системы, поступает из источников с высоким содержанием углерода, часть преимуществ улавливания атмосферного CO₂ теряется.
Когда система работает на низкоуглеродной или возобновляемой электроэнергии, ее производительность значительно повышается. По оценкам исследования, к 2050 году, в зависимости от энергетического баланса, система прямого улавливания углекислого газа с кальциевым циклом может достичь эффективности удаления CO₂ в 85–96 процентов. На практике же на каждую тонну уловленного и постоянно хранимого CO₂ приходится примерно 40–150 килограммов CO₂, которые могут по-прежнему образовываться в других звеньях технологической цепочки.
Больше новостей из мира инноваций
Посмотреть все 
Инновации: существующие сети 5G превращаются в охотников за дронами благодаря новой технологии отслеживания в реальном времени.
Sourse: interestingengineering.com
