211service.com
Ny metod för cementtillverkning kan minska koldioxidutsläppen
Forskare vid George Washington University har bult ihop en otymplig grej som de säger effektivt använder energin i solljus för att driva en ny kemisk process för att göra kalk, nyckelingrediensen i cement, utan att släppa ut koldioxid. Enheten använder ungefär hälften av energin i solljus (solpaneler, i jämförelse, omvandlar bara 15 procent av energin i solljus till elektricitet).
Enbart cementproduktion släpper ut 5 till 6 procent av de totala konstgjorda växthusgaserna, och det mesta kommer från produktion av kalk. En del av utsläppen av växthusgaser från konventionell cementproduktion kommer från användning av fossila bränslen för att värma upp kalksten till höga temperaturer – cirka 1 500 ⁰C. Att ersätta fossila bränslen med förnybar energi är enkelt, men inte nödvändigtvis ekonomiskt. Det nya verket fokuserar på ett svårare problem. Cirka 60 procent av koldioxidutsläppen från cementtillverkning är inneboende i processen. Kalk tillverkas genom att värma upp kalksten – det vill säga kalciumkarbonat – tills det släpper ut koldioxid.
Den nya processen förändrar kemin. Istället för att släppa ut koldioxid, omvandlar den gasen, med hjälp av en kombination av värme och elektrolys för att producera syre och antingen kol eller kolmonoxid, beroende på de temperaturer som används. Både kol och kolmonoxid är användbara produkter som annars skulle ha gjorts med hjälp av fossila bränslen.
För att göra elektrolysen praktisk blandade forskarna fast kalciumkarbonat med flytande litiumkarbonat, som smälts vid de temperaturer som är optimala för processen - cirka 900 ⁰C. Den flytande formen bidrar till elektrolys. De förhöjda temperaturerna sänker mängden elektricitet som behövs för att elektrolysera, och gör att kalken faller ut ur blandningen, vilket gör den lätt att samla upp. (Vid lägre temperaturer är kalken mer löslig, så den faller inte ut.)
För att demonstrera processen byggde forskarna en enhet som innehåller tre Fresnel-linser för att koncentrera solljus. Två av dessa värmer upp blandningen av litiumkarbonat och kalksten. Det är de största linserna. Deras relativa storlek återspeglar det faktum att det mesta av energin som behövs för processen går till att värma upp blandningen. Den tredje, mindre linsen fokuserar ljuset på en högeffektiv solcell, som ger den relativt lilla mängd elektricitet som behövs för att elektrolysera den heta karbonatblandningen.
Enheten är bara ett proof of concept, inte redo för kommersialisering. Det är litet och det fungerar bara när det är soligt – och intermittent drift är inte idealiskt för en industriell process. Forskarna föreslår att man använder smält salt för att lagra värme, ett system som används i vissa termiska solkraftverk. Det skulle tillåta processen att pågå dag och natt. Elektriciteten kan komma från att använda värmen för att generera ånga för att snurra en turbin, som i ett solvärmekraftverk, eller från någon annan elkälla.
Stuart ljus , professorn i kemi vid George Washington University som ledde arbetet, uppskattar att processen, om den kan skalas upp, kan vara billigare än konventionell kalkproduktion. Han säger att det är mer effektivt än solpaneler eftersom det använder delar av solspektrumet som solceller inte effektivt kan omvandla till elektricitet.
Processen kräver fortfarande mycket energi, säger C12 Energi VD Kurt House, som har utvecklat tillverkningsprocesser för lågkolhaltig betong. Det handlar om hur man vill använda solenergi, säger han. Om effektiviteten är så bra som de säger att den är, så håller jag med, det här är väldigt, väldigt intressant. Men jag är skeptisk.