Как материал, широко используемый во всем мире, цемент оказывает огромное влияние на окружающую среду и составляет около восьми процентов наших выбросов CO2, но ученые надеются решить эту проблему, внося изменения в рецепт. Исследовательская группа предложила альтернативу, которая использует отходы горнодобывающей промышленности, чтобы сократить выбросы углерода во время производства на две трети, при этом соблюдая эксплуатационные требования традиционного портландцемента.
Новый низкоуглеродистый цемент был разработан исследователями из немецкого Галле-Виттенбергского университета имени Мартина Лютера и бразильского Университета Пара, которые сосредоточили внимание на известняке, ключевом ингредиенте при производстве традиционного портландцемента. Этот материал сначала необходимо извлечь из Земли, измельчить и запечь при высоких температурах, что само по себе является энергоемким процессом.
Но когда известняк обрабатывается и превращается в небольшие комки, называемые клинкером, которые действуют как прекурсор для измельчения цементного порошка, он высвобождает накопленный углерод. В противном случае этот углерод оставался бы надежно запертым на Земле, но по мере того, как все больше и больше известняка выкапывается и обжигается для производства цемента, он вместо этого в значительных количествах попадает в атмосферу.
«Портландцемент традиционно производится с использованием различного сырья, включая известняк, который обжигают для образования так называемого клинкера», - объясняет профессор Герберт Пёлльманн из Института геонаук и географии Галле-Виттенбергского университета имени Мартина Лютера. «В процессе карбонат кальция превращается в оксид кальция, выделяя большое количество диоксида углерода».
Это ставит известняк на передний план и в центре усилий по ограничению углеродного следа цемента, и мы видели некоторые интересные потенциальные заменители, например, идею использования вулканической породы. Авторы этого нового исследования изучали потенциал сырья, под названием боксит, которое имеет желаемые свойства для производства цемента, но также является наиболее распространенной рудой алюминия, а это означает, что оно уже пользуется большим спросом и имеет ограниченную доступность.
Это привело к обнаружению бокситовой вскрыши, называемой глиной Бельтерра. Это пустая порода, покрывающая залежи полезного ископаемого и вынимаемая при его добыче открытым способом. Таким образом это материал, который находится над бокситом и который необходимо поднимать в любом случае во время горных работ.
«Этот слой глины может иметь толщину до 30 м и покрывает месторождения бокситов в тропических регионах Земли, например, в бассейне Амазонки», - объясняет Пёлльманн. «Она содержит достаточно минералов с содержанием алюминия, чтобы обеспечить хорошее качество цемента. Она также доступна в больших количествах и может обрабатываться без дополнительной обработки».
Новый рецепт команды не исключает полностью известняк, а заменяет от 50 до 60 процентов его глиной Бельтерра. Но у этого есть дополнительное преимущество: он не только оставляет запасы углерода запертыми в земле, но и требует гораздо более низких температур для обработки, требующей запекания при 1250°C, что составляет температуру примерно на 200°C ниже, чем у традиционного портландцемента.
«Наш метод не только выделяет меньше CO2 во время химического преобразования, но и при нагревании вращающихся печей», - говорит Пёлльманн.
В целом команда подсчитала, что новый рецепт цемента снижает выбросы углерода на две трети во время производства. Строгие лабораторные испытания показали, что он соответствует требованиям и отвечает всем критериям эффективности для традиционного портландцемента. В рамках своих следующих шагов ученые сейчас исследуют, есть ли в Германии источники глины Бельтерра, которые можно было бы использовать в производстве их нового цемента.
Исследование опубликовано в журнале Sustainable Materials and Technologies.
Источник: New Atlas / Martin Luther University Halle-Wittenberg
