Исследователи из Кембриджского университета разработали способ дешевого производства низкоуглеродистого бетона в больших масштабах, используя отходы цемента и электродуговые печи сталелитейной промышленности.
Разработанный инженерами метод предполагает переработку старого цемента из снесенных зданий путем его нагрева и реактивации находящихся в нем соединений.
Ключом к инновации является то, как осуществляется этот процесс: путем объединения существующих электрических печей, используемых для переработки стали.
Инновация в области вторичной переработки — «прорыв в строительной отрасли»
Цемент является ключевым ингредиентом бетона и отвечает за около 90 процентов значительных выбросов углекислого газа из материала.
Подход исследователей из Кембриджа касается обоих основных источников этих выбросов: химической реакции, когда известняк превращается в новый цемент, и сжигания топлива для питания высокотемпературных печей, необходимых для этого процесса.
Академик из Кембриджа Джулиан Оллвуд заявил, что эта инновация представляет собой «прорыв для строительной отрасли» и что исследовательская группа полагает, что она станет «первым в мире процессом производства цемента с нулевым уровнем выбросов».
Исследователи совершили «прорыв» в переработке цемента. Изображение предоставлено Shutterstock
«Мы знаем, что если в будущем эта печь будет работать на электричестве, не вызывающем выбросов, наш процесс сможет производить цемент без каких-либо выбросов», — сказал Оллвуд.
Команда основала частную компанию для коммерциализации своего продукта, которую они называют Cambridge Electric Cement, и заявляет, что сможет обеспечить около трети потребностей Великобритании в цементе в течение десяти лет.
Они успешно опробовали свой метод на предприятии по переработке стали. Но полноценные испытания в промышленном масштабе, которые состоятся позднее в этом месяце, в ходе которых за два часа должно быть произведено 60 тонн цемента, дадут более убедительное представление о его масштабируемости.
Переработанный цемент становится частью стального шлака в ходе простого процесса
Процесс относительно прост. После сноса здания его бетон измельчается до такой степени, что цемент можно отделить от заполнителей.
Использованный цемент отправляют в сталеплавильную печь и используют вместо извести в качестве «флюса» — чистящего средства, используемого в процессе переработки для удаления примесей из расплавленного металла. Это возможно, поскольку цемент и известь имеют схожий состав на основе оксида кальция.
Флюс соединяется с примесями, образуя шлак – побочный продукт, который поднимается на поверхность расплавленной стали и легко отделяется. На этом этапе, если шлак на основе цемента быстро удалить и охладить, он превращается в высококачественный портландцемент.
По мнению исследователей, этот переработанный цемент будет таким же прочным, как и любой другой цемент в Великобритании, поскольку он имеет тот же химический состав.
По их словам, он также имеет преимущество перед другими разрабатываемыми решениями по низкоуглеродистому бетону, поскольку использует существующие процессы, оборудование и стандарты без существенных дополнительных затрат ни для бетонной, ни для сталелитейной промышленности.
Это означает, что независимо от того, производится ли цемент совместно с переработкой стали или самостоятельно с использованием того же оборудования, его можно быстро масштабировать.
«Чудо-цемент» сам по себе не является ответом
До сих пор большинство решений заключалось в замене части цемента в бетоне альтернативными материалами, такими как летучая зола. Но его цементный компонент никогда не может быть полностью заменен, поскольку он необходим для химической активации, а это означает, что некоторые выбросы всегда остаются.
Однако исследователи подчеркивают, что их электрический цемент сам по себе не может решить проблемы выбросов углерода, связанных с бетоном.
«Производство цемента с нулевым уровнем выбросов — это абсолютное чудо, но нам также необходимо сократить количество используемого цемента и бетона», — сказал Оллвуд. «Бетон дешев, прочен и его можно производить практически где угодно, но мы используем его слишком много».
«Мы могли бы значительно сократить количество используемого бетона без какого-либо снижения безопасности, но для этого необходима политическая воля», — добавил он.
Процесс и результаты команды Кембриджа описаны в статье в журнале Nature.
Бетон на протяжении многих лет был спорным материалом в архитектуре, и, по оценкам, на него приходится до восьми процентов выбросов углекислого газа во всем мире.
Другие недавние низкоуглеродные решения включают бетон компании Seratech, изготовленный из диоксида кремния, связывающего углерод, и бетон Университета Колорадо, изготовленный с помощью водорослей.
