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革命性的「真零碳」水泥使用電解方式生產而不是熔爐

革命性的「真零碳」水泥使用電解方式生產而不是熔爐

2023-09-19 Comments 0 Comment

Sublime Cement 公司表示,它已準備好開始擴大”世界上最清潔水泥”的規模,該水泥符合行業性能標準,依靠室溫電解槽代替化石燃料爐,使用各種零碳輸入材料。傳統的混凝土生產流程每生產一噸水泥,就會產生一噸二氧化碳,而2022 年全球的二氧化碳排放量約為41 億噸,光是中國就佔了一半以上。

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因此,這同樣是一個巨大的機會;隨著去碳化任務和碳稅開始生效,誰能率先在全球範圍內生產出具有成本競爭力、完全零碳的水泥替代品,誰就有可能坐擁巨大的印鈔機。

目前不乏低碳和碳捕捉混凝土替代品,但麻省理工學院的衍生公司Sublime Systems 特別引人關注,因為它採用了一種新穎的電化學方法來生產水泥,這種方法是”真正的零碳”,而不是”淨零碳”或”碳封存”–因為它可以在生產過程中通常產生碳排放的兩個關鍵點完全消除碳排放。

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生產的零碳石灰與現有產品完全相同,每噸混凝土的二氧化碳排放量為一噸。在預拌混凝土製程中,它是一種可直接使用的替代品。

在常規水泥生產過程中,石灰石透過燃燒化石燃料加熱到大約1400 °C (2552 °F),這是第一個主要的排放源,目的是生產出純石灰。但是,以重量計算,石灰石中約有50% 是二氧化碳,當熔爐加熱釋放出二氧化碳時,由於二氧化碳與煙氣混合在一起,因此很難捕獲。

Sublime 的方法完全不同,它採用電解法。公司聯合創始人莉亞-艾利斯(Leah Ellis)博士和蔣亦明博士在Medium 上發表了一篇文章,對這一方法進行了詳細解釋,但其基本過程如下。

水在接近中性的pH 值下分裂,產生氫氣和氧氣,同時在兩個電極之間形成pH 值梯度。含鈣礦物與陽極形成的酸反應,生成溶解的鈣離子,然後往陰極遷移。當它們的pH 值達到至少12.5 時,就會與陰極產生的鹼發生反應,以固體氫氧化鈣的形式沉澱出來,這也被稱為建築石灰或熟石灰。

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Sublime 的製程使用室溫電解法從一系列不同的投入材料中分離出必要的鈣

這種石灰可以直接取代傳統的水泥生產。創辦人說,Sublime 已經開發了這種方法,現在能效更高,不需要生產氫氣,可以分離氧氣和二氧化碳氣流,可以從反應器中連續提取石灰,而且可以使用現成的電解設備進行生產。

工藝非常靈活,可以使用各種不同的原料。如果只有低品位的石灰石,它也可以使用。這種製程無法避免產生二氧化碳,但至少它是以純淨、低溫的狀態產生的,預壓至10 巴,便於捕集和儲存,而且與普通水泥生產相比,能耗和排放量都大大降低。

對於真正的零碳水泥,該工藝可以從二氧化矽、鎂、鐵或鋁等雜質中提取純鈣,並在生產過程中將它們提煉成更高級的材料。最重要的是,這一切都在室溫下進行,無需燃燒爐或電加熱。

Sublime 聲稱,它是”唯一不使用化石燃料、可擴展、可直接替代傳統水泥的混凝土”。

幾天前,Sublime 宣布其產品已獲得ASTM C1157 認證。這是一項純粹基於性能要求的行業標準,測試參數包括強度發展、耐久性、收縮、保水性、含氣量、凝結時間、密度、早期硬化和開裂,這意味著Sublime 水泥現在可以按照美國和國際主要建築規範使用。

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以Sublime 製程生產的零碳石灰

根據哈佛大學貝爾弗中心2022 年的政策簡報,水泥生產中的碳捕集成本為每噸二氧化碳19 美元至205 美元。因此,在不知道Sublime 所說的規模是哪一端的情況下,該公司首款清潔水泥產品的售價可能會比其骯髒競爭對手的貨架價高出15-158% 不等。

混凝土生產的二氧化碳排放量約佔全球總排放量的8%–這是一個龐大的產業,在2050 年實現零碳的競賽中,脫碳替代品將做出巨大貢獻。

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