Традиционные процессы производства бетона приводят к выбросу тонны CO2 на каждую тонну произведенного цемента – а поскольку мы говорим о примерно 4,1 миллиардах тонн во всем мире только в 2022 году – более половины этого количества приходится на один только Китай – цемент – это вносит огромный вклад в изменение климата: на него приходится около 8 % мировых выбросов углекислого газа.
Это делает это столь же огромной возможностью; Тот, кто первым выйдет на глобальный масштаб с конкурентоспособной альтернативой цементу с полным нулевым выбросом углерода, вполне может оказаться на гигантской машине для печатания денег, когда начнут действовать требования по декарбонизации и налогам на выбросы углерода.
В разработке нет недостатка в низкоуглеродистых и улавливающих углерод альтернативах бетону, но Sublime Systems, дочерняя компания MIT, особенно интересна, поскольку в ней используется новый электрохимический подход к производству цемента, который обеспечивает «настоящий нулевой углерод» вместо «чистый нулевой углерод». » или «связывание углерода» – в том смысле, что оно может полностью исключить выбросы углерода в обеих ключевых точках, где они обычно возникают в процессе.
Произведенная известь с нулевым содержанием углерода идентична нынешнему продукту, который и отвечает за на тонну выбросов CO2 на тонну бетона. Это оперативная замена в процессе производства готового бетонаSublime Systems
Технология производства цемента с нулевым или сверхнизким содержанием углерода от Sublime
При обычном производстве цемента известняк нагревается примерно до 1400 °C (2,5,52 °F) за счет сжигания ископаемого топлива – первого крупного источник выбросов – для производства чистой извести. Но известняк на 50 % состоит из углекислого газа, и когда при нагревании печи этот CO2 выделяется, его трудно уловить, поскольку он смешивается с дымовыми газами.
Подход Sublime совершенно другой и основан на электролизе. Соучредители компании Лия Эллис, доктор философии и доктор Йет-Минг Чан, подробно объясняют это в посте Средний, но суть процесса такова.
Вода расщепляется при pH, близком к нейтральному, с образованием газообразных водорода и кислорода, а также градиента pH между двумя электродами. Минерал, содержащий кальций, реагирует с кислотой, образующейся на аноде, с образованием растворенных ионов кальция, которые затем мигрируют к катоду. Когда они достигают pH по меньшей мере 12,5, они вступают в реакцию с основанием, образующимся на катоде, и выпадают в осадок в виде твердого гидроксида кальция, также известного как строительная известь или гашеная известь.
В процессе Sublime используется электролиз при комнатной температуре для отделения необходимого кальция от ряда различных исходных материаловSublime Systems
Эта известь является заменителем, который используется в традиционном производстве цемента. Это основы; Sublime разработала его, по словам основателей, так, что теперь он более энергоэффективен, исключает производство водорода, разделяет газовые потоки кислорода и CO2, может непрерывно извлекать известь из реактора и производить его, используя -полочное электролизное оборудование.
Этот процесс довольно гибок и работает с самым разным сырьем. Там, где экономически доступен только низкосортный известняк, он может его использовать. Этот процесс не может избежать образования CO2 – но, по крайней мере, он выходит в чистом, холодном состоянии, предварительно сжатом до 10 бар и готовом к легкому улавливанию и хранению – и требует значительно меньше энергии и создает значительно меньшие выбросы, чем обычное производство цемента. .
Для изготовления цемента с настоящим нулевым содержанием углерода этот процесс позволяет извлечь чистый кальций из примесей кремнезема, магния, железа или алюминия, перерабатывая их в процессе в материалы более высокого качества. Важно отметить, что все это происходит при комнатной температуре, без необходимости использования печи для сжигания или электрического нагрева.
Sublime утверждает, что это «единственная масштабируемая замена традиционному цементу, не использующая ископаемое топливо, без использования ископаемого топлива». бетон.»
Достижение ключевой цели сертификации
Несколько дней назад Sublime объявила, что ее продукт получил обозначение ASTM C1157. Это отраслевой стандарт, основанный исключительно на требованиях к производительности, таких параметрах испытаний, как развитие прочности, долговечность, усадка, удержание воды, содержание воздуха, время схватывания, плотность, раннее застывание и растрескивание. Это означает, что теперь Sublime Cement можно использовать в соответствии с основными стандартами. Американские и международные строительные нормы и правила.
Как ни странно, хотя стандарт C1157 был создан более 30 лет назад, в 1992 году, большая часть отрасли до сих пор работает на основе предыдущих стандартов, разработанных в 1940 и 1967 годах, в которых основное внимание уделяется некоторым ключевые требования к производительности, но также требуют использования портландцемента или других процессов, требующих печи с температурой 1400 °C.
ASTM Стандарт C1157 полностью основан на производительности, а не предписывает использование портландцемента или других грязных альтернатив Sublime Systems
Как объясняет Эллис во втором посте Medium, вся отрасль должна перейти на стандарт ASTM C1157, если настоящие инновации в области цемента с нулевым выбросом углерода хотят иметь шанс конкурировать – и она отмечает, что этот переход явно уже начался и набирает скорость по мере того, как крупные производители развивают свои производственные линии.
Прогресс, коммерциализация, сроки и цены
Перейдем к делу: где будет работать Sublime в 2023 году, когда она начнет поставлять на рынок «самый чистый в мире цемент» , сколько времени потребуется, чтобы масштабироваться до размеров, способных действительно оказать влияние на глобальные выбросы углекислого газа, и какова будет «зеленая надбавка» к ценообразованию?
«Наша долгосрочная цель и мы ожидаем, что в конечном итоге, как только наш процесс будет масштабирован и технология станет зрелой, возможно, через восемь-10 лет, у нас появится путь к достижению паритета затрат с традиционным производством портландцемента», — говорит Выступление вице-президента Sublime по исследованиям и разработкам доктора Джесси Бенка в подкасте Invisible Strength. «В конечном итоге, чтобы добиться максимально широкого внедрения, нам необходимо достичь паритета затрат с текущими процессами. Мы знаем, что отрасль очень чувствительна к затратам, поэтому мы стремимся действительно оказать максимально возможное влияние. «
«В краткосрочной перспективе», продолжает он, «мы представляем совершенно новый подход и новую технологию, которая конкурирует с производством портландцемента, которому более 100 лет, и это огромная, глобальная, технически зрелая отрасль. Итак, реальность такова, что в краткосрочной перспективе этот процесс будет немного дороже, но, по крайней мере, для нашего первого полномасштабного производства мы ожидаем, что наши затраты будут меньше, чем стоимость портландцемента плюс улавливание углерода. «
Безуглеродистая известь, произведенная по технологии SublimeSublime Systems
Для сравнения, стоимость цемента в настоящее время составляет около 130 долларов США за метрическую тонну, а в аналитическом брифинге Гарвардского Белфер-центра на 2022 год оценивается улавливание углерода при производстве цемента в пределах 19-205 долларов США за тонну CO2. Таким образом, не зная, о каком конце этой шкалы говорит Sublime, кажется, что первый чистый цементный продукт компании может продаваться где-то на 15-158% дороже, чем полочная цена ее грязных конкурентов.
Что касается масштаба и прогресса, то Sublime начиналась как модель исследовательской лаборатории Массачусетского технологического института, но с тех пор, как бизнес был выделен, он значительно расширился.
«Наш завод теперь может производить порядка 100 тонн цемента в год», — говорит Бенк. «Таким образом, мы уже прошли долгий путь, на много порядков больший, чем когда мы начинали».
«То, над чем мы сейчас работаем». — продолжает он, — это демонстрационный завод, мощность которого составит около 25 000 тонн в год. Мы стремимся ввести его в эксплуатацию к концу 2025 года, чтобы мы могли начать производство в 2026 году. Целью нашего первого полномасштабного промышленного завода по производству цемента мощностью около миллиона тонн в год. мы надеемся начать глобальное развертывание в 2030-х годах. Мы думаем, что у нас есть четкий путь к достижению глобального масштаба, который необходим для оказания огромного воздействия».
На производство бетона приходится около 8% всех мировых выбросов CO2 – это огромная отрасль, в которой декарбонизированные альтернативы могут внести огромный вклад в гонку за нулевым выбросом углерода к 2050 году. Sublime Systems
«Мы не можем резко отказаться от цемента, — говорит соучредитель Лия Эллис в презентации на мероприятии TEDx в Бостоне в прошлом году. «Просто это такой важный материал… Есть решения, и люди в отрасли знают о них. За последние 20 лет выбросы углекислого газа от бетона в США снизились на 20%, что очень впечатляет, и во всем мире все транснациональные корпорации, производящие цемент, взяли на себя обязательства по нулевому уровню выбросов к 2050 году… Но этого недостаточно».
«Для решения этой проблемы действительно необходимы согласованные усилия», — продолжает она. «Сотрудничество между владельцами зданий, архитекторами, инженерами-строителями и поставщиками материалов для вывода на рынок новых продуктов и запроса низкоуглеродистого цемента. Без капитала, без политики и без потребительского спроса эта проблема будет продолжать расти. под радаром.»
