Một trong những vấn đề lớn nhất trong việc xử lý lượng khí thải carbon dioxide là việc tạo ra thành phần chính của xi măng: vôi (canxi oxit). Giờ đây, một công ty nhỏ với cái tên dễ thương Sublime Systems dường như đã giải quyết được vấn đề này.
Ngành công nghiệp bê tông chịu trách nhiệm cho 8% lượng khí thải carbon toàn cầu. Xi măng Portland thông thường (OPC) chiếm khoảng 15% bê tông và canxi oxit hoặc vôi chỉ chiếm 60% OPC. Tuy nhiên, việc tạo ra loại vôi đó lại là nguyên nhân gây ra gần như toàn bộ lượng khí thải: Vôi chỉ chiếm 8% trong bê tông nhưng tạo ra 90% vấn đề. Khoảng một nửa đến từ “thực tế hóa học của sự sống”—CO2 thải ra trong quá trình nung hoặc biến canxi cacbonat thành canxi oxit. Nửa còn lại đến từ việc đốt than hoặc khí hóa thạch để thực hiện quá trình nung.
Chúng tôi đã mô tả quá trình này nhiều lần: “Thành phần chính của xi măng là vôi, bạn thu được bằng cách tác dụng nhiệt vào canxi cacbonat, về cơ bản là đá vôi. CaCO3 + nhiệt > CaO + CO2. Bạn không thể làm bất cứ điều gì về mặt hóa học; đó là bản chất cơ bản của vật liệu khiến nó thải ra CO2.”
Có thể bạn không thể làm gì về mặt hóa học, nhưng có nhiều cách khác nhau để tách carbon dioxide khỏi đá vôi. Những người đồng sáng lập Sublime Systems, Leah Ellis và Yet-Ming Chang đã mô tả cách công ty của họ sản xuất vôi ở nhiệt độ phòng bằng điện tái tạo. Họ viết:
“Khi chúng tôi bắt đầu, linh cảm của chúng tôi là chúng tôi có thể thay thế các lò nung lớn và nhiên liệu hóa thạch bằng điện và hóa chất mới để sản xuất xi măng ít nhất có độ bền tương đương và không đắt hơn những thứ chảy ra từ lò nung ngày nay. Nếu chúng tôi đúng, chúng ta có thể tận dụng những làn sóng điện tái tạo dồi dào và giá rẻ cũng như đẩy nhanh tiến bộ trong lĩnh vực điện hóa học để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của thế giới. vài năm. Hiện nay, chúng tôi đang vận hành một hệ thống sản xuất ra một tấn xi măng sạch, cứng chắc, nhanh đông kết, có chi phí cạnh tranh mỗi tháng từ phòng thí nghiệm của chúng tôi ở Somerville, MA.”
Nhóm mở rộng gần đây đã huy động được 40 triệu USD từ các nhà đầu tư bao gồm Siam, nhà sản xuất xi măng lớn nhất Đông Nam Á.
Ellis, đồng thời là Giám đốc điều hành của Sublime, cho biết: “Xi măng ít cacbon là rất quan trọng để xây dựng một nền kinh tế không có cacbon”. “Chúng tôi đã chứng minh thành công khả năng tồn tại và khả năng mở rộng của phương pháp tiếp cận của mình và chúng tôi có thể sản xuất xi măng có độ bền tương đương hoặc tốt hơn”. , độ sụt và độ bền cao hơn xi măng Portland ngày nay. Sự hỗ trợ của đội ngũ tài năng và vốn từ các nhà đầu tư sẽ cho phép chúng tôi vận hành cơ sở thí điểm, đảm bảo các thỏa thuận bao tiêu trước và nỗ lực sản xuất xi măng ít carbon trên quy mô lớn.”
Hệ thống siêu phàm
Sau khi giải thích chi tiết xi măng Portland thông thường là gì, Ellis chuyển sang thành phần chính: vôi.
Khi nó được sản xuất trong lò nung xi măng, CO2 thải ra trong phản ứng sẽ trộn lẫn với khí thải, khiến nó gần như không thể thu giữ được. Quá trình Sublime dựa trên việc sử dụng máy điện phân, giống như thực hiện với nước, để thu được hydro và oxy. Khi người ta cho canxi cacbonat hoặc đá vôi vào máy điện phân, các ion canxi sẽ di chuyển về phía điện cực âm, nơi chúng phản ứng để kết tủa canxi hydroxit hoặc vôi sống, có thể khử thành canxi oxit bằng một chút nhiệt hoặc sử dụng trực tiếp.
Khí CO2 thải ra lạnh, tinh khiết và dễ thu gom. Quá trình này hoạt động với bất kỳ nguồn canxi nào; nếu sử dụng nguồn không cacbonat và máy điện phân được cấp nguồn bằng điện tái tạo thì vôi thu được sẽ trung hòa cacbon. Sublime giải thích trên trang web của mình: “Sau khi tạo ra quy trình sản xuất vôi đã khử cacbon, chúng tôi đã có chìa khóa để tạo ra xi măng đã khử cacbon.”
Các tác giả đã viết:
“Chúng tôi cam kết mở rộng công nghệ một cách nhanh chóng và an toàn. Chúng tôi hiện đang vận hành nhà máy thí điểm, có thể sản xuất tới 100 tấn xi măng mỗi năm. Năm tới, chúng tôi sẽ bắt đầu xây dựng nhà máy trình diễn thương mại, sẽ sản xuất hàng chục nghìn tấn xi măng mỗi năm. Sau nhiều tháng rà soát, chúng tôi đã chọn lọc được một số địa điểm cho nhà máy này. Chúng tôi sẽ vận hành nhà máy này vào năm 2025 và chuẩn bị gói dữ liệu cho các đối tác và nhà đầu tư để kích hoạt đầy đủ -Nhà máy xi măng có quy mô, công suất triệu tấn/năm, xây dựng vào năm 2026/2027 và vận hành vào năm 2028.”
Ngành công nghiệp xi măng trên toàn thế giới đã sản xuất 4,37 tỷ tấn xi măng vào năm 2021, vì vậy có thể phải mất một thời gian nữa ngành công nghiệp này mới được khử cacbon. Nhưng đây vẫn là một bước tiến đáng kể.
Theo một bài báo nghiên cứu năm 2019, cần từ 5,2 đến 7,1 megajoule năng lượng để tạo ra một kg xi măng. Một megajoule bằng 0,277778 kilowatt giờ, do đó, nó có công suất điện từ 1,44 đến 1,97 kWh, có vẻ không nhiều. Và không giống như lò nung xi măng phải chạy liên tục và luôn nóng, quá trình này có thể chạy khi có gió thổi và mặt trời chiếu sáng. Điều này thực sự làm thay đổi mọi thứ: một giải pháp thay thế lượng carbon thấp hoặc bằng 0 cho xi măng có lượng carbon cao thông thường.
Thế giới đang thay đổi quá nhanh. Cho đến gần đây, chúng tôi chưa thấy con đường nào dẫn đến quá trình khử cacbon thực sự cho thép, nhôm hoặc bê tông. Bây giờ chúng tôi có thép HYBRIT, nhôm Elysis và xi măng Sublime. Họ chỉ là một phần nhỏ của ngành, nhưng họ là một con đường phía trước.