Beton jest bardziej zanieczyszczający niż latanie. Oto 4 innowacyjne sposoby na posprzątanie

Emisje przemysłu betonowego podwoiły się w ciągu ostatnich dwóch dekad, a popyt szybko rośnie. Mikroalgi, wychwytywanie dwutlenku węgla i inne innowacje mogą pomóc w jego oczyszczeniu.

  Beton jest bardziej zanieczyszczający niż latanie. Oto 4 innowacyjne sposoby na posprzątanie

Ludzie produkują więcej betonu niż jakikolwiek inny materiał na planecie. Jest to dosłowny fundament współczesnej cywilizacji – i nie bez powodu.

Beton jest mocny, trwały, niedrogi i dostępny dla prawie każdej społeczności na świecie. Jednak światowy przemysł betonowy ma brudną małą tajemnicę: tylko on odpowiada za: ponad 8% globalnej emisji dwutlenku węgla —ponad trzy razy więcej emisji związane z lotnictwem . Emisje te podwoiły się w ciągu ostatnich dwóch dekad wraz z rozwojem miast azjatyckich, a popyt nadal rośnie w bezprecedensowym tempie.

Jest to również jedna z najtrudniejszych branż do dekarbonizacji, po części dlatego, że producenci są zazwyczaj hiperlokalni i działają na niewielkich marżach, pozostawiając niewiele na inwestycje w technologie, które mogą obniżyć emisje.



Trudne nie musi jednak oznaczać niemożliwego.

Architekci, inżynierowie, naukowcy oraz producenci cementu i betonu na całym świecie badają i pilotują kilka nowych strategii i technologii, które mogą znacznie zmniejszyć ślad węglowy cementu i betonu. Oto kilka z nich, w tym jeden, który moja drużyna na University of Colorado pracuje nad: wymyśleniem sposobów wykorzystania całkowicie naturalnych mikroalg do rozwiązania największego problemu emisji betonu — cementu.

Nie musi to być 100% cement

Głównym winowajcą wpływu betonu na klimat jest produkcja cementu portlandzkiego – proszku używanego do produkcji betonu.

Cement jest wytwarzany przez ogrzewanie wapienia bogatego w węglan wapnia do temperatury ponad 2640 stopni Fahrenheita. Węglan wapnia rozkłada się na tlenek wapnia lub wapno palone i dwutlenek węgla – ocieplający klimat gaz cieplarniany. Ta reakcja chemiczna, którą Stowarzyszenie Cementu Portlandzkiego nazywa „ chemiczny fakt z życia ”, odpowiada za około 60% emisji związanych z cementem. Pozostała część pochodzi z energii do ogrzewania pieca.

Jedna z najbardziej obiecujących krótkoterminowych strategii zmniejszania śladu węglowego betonu wykorzystuje materiały takie jak popiół lotny z elektrowni węglowych, żużel z produkcji żelaza i kalcynowaną glinę w celu zastąpienia części cementu portlandzkiego w mieszankach betonowych. Są one znane jako uzupełniające materiały cementowe, .

Użycie 20% do 50% popiołu lotnego, żużla lub kalcynowanej gliny może zmniejszyć zawartość węgla w mieszankach betonowych o mniej więcej takie same wartości procentowe .

Inna metoda wykorzystuje niewielkie ilości zmielonego wapienia w celu zastąpienia części cementu i staje się najlepszą praktyką. Po rygorystycznych testach kalifornijski Departament Transportu ogłosił niedawno, że: dopuszczać w swoich projektach mieszanki cementu portlandzkiego i wapiennego, znane jako PLC . Z 5% do 15% mielonego kamienia wapiennego zastępującego cement, PLC może zmniejszyć emisje o mniej więcej taką samą ilość. Szybka decyzja Kalifornii doprowadził inne stany do zatwierdzenia stosowania PLC .

Ceremonia otwarcia mundialu 2018 na żywo

Wielu badaczy opowiada się teraz za przyjęciem wapień kalcynowany cement gliniasty , który zawiera około 55% cementu portlandzkiego, 15% mielonego wapienia i 30% kalcynowanej gliny. Może obniżyć emisje o ponad 45%.

Co może zrobić elektryfikacja i wychwytywanie dwutlenku węgla

Cementownie również rozpoczęły testy Wychwytywanie węgla technologie i piece elektryczne do redukcji emisji. Jednak wychwytywanie dwutlenku węgla jest kosztowne, a skalowanie technologii w celu zaspokojenia zapotrzebowania przemysłu cementowego i betonowego nie jest łatwym zadaniem.

Elektryfikacja pieca napotyka te same bariery. Aby zelektryfikować jeden z najbardziej energochłonnych procesów na świecie, potrzebne są nowe technologie i duże inwestycje kapitałowe. Jednak obietnica zerowych emisji związanych ze spalaniem jest wystarczająco kusząca dla niektórych przedsiębiorców i firm cementowych – w tym zainteresowanych 100% energii słonecznej do produkcji cementu —którzy ścigają się w poszukiwaniu rozwiązań, które są opłacalne zarówno pod względem technologicznym, jak i ekonomicznym na dużą skalę.

1010 duchowe znaczenie

The Ustawa o redukcji inflacji , który Kongres uchwalił w sierpniu 2022 r., może pomóc w szerszym wykorzystaniu niektórych z tych technologii. Obejmuje finansowanie modernizacji sprzętu i dodawanie możliwości wychwytywania dwutlenku węgla, a także ulgi podatkowe dla producentów w celu ograniczenia emisji.

Bez cementu, ewentualnie z algami

Inną strategią jest wytwarzanie funkcjonalnie równoważnych materiałów, które w ogóle nie zawierają cementu portlandzkiego.

Materiały takie jak żużel aktywowany alkaliami lub beton cementowy z popiołem lotnym są produkowane przez połączenie żużla, popiołu lotnego lub obu z bardzo mocnym podłożem. Wykazano, że materiały te zmniejszyć emisję dwutlenku węgla o 90% lub więcej i mogą spełniać kryteria skali i kosztów, ale nadal stoją przed wyzwaniami technicznymi i regulacyjnymi.

Niektóre przykłady niskoemisyjnych produktów betonowych bez cementu portlandzkiego, które zyskały popularność na rynku, obejmują: elementy modułowe na bazie wollastonitu , skompresowane bloki ziemi, oraz prefabrykowane produkty biocementowe —w tym te wyprodukowane za pomocą fotosyntetycznych, biomineralizujących mikroalg .

Algi były również wykorzystywane jako alternatywne biopaliwo do ogrzewania pieców cementowych, a systemy uprawy glonów również zostały związane z produkcją cementu w celu wychwytywania węgla .

Mój zespół z University of Colorado Boulder i ja zastanawiamy się nad zastosowaniem wapień pochodzący z alg do produkcji cementu portlandzkiego , co może pomóc w wyeliminowaniu 60% emisji związanych z produkcją cementu. Ta technologia jest atrakcyjna, ponieważ łączy się z konwencjonalną produkcją cementu.

Używanie betonu do blokowania wychwyconego CO2

Inżynierowie eksperymentują również z wtłaczaniem wychwyconego dwutlenku węgla do betonu, a także z wykorzystaniem kruszyw z dwutlenku węgla zamiast żwiru lub piasku domieszanego do betonu.

To ekscytująca koncepcja, ale jak dotąd zastrzyk przyniósł efekty ograniczone redukcje dwutlenku węgla , a produkcja kruszyw do magazynowania dwutlenku węgla ma jeszcze skalować się w górę .

Rosnący problem

Ostatecznie czas pokaże, czy te i inne technologie spełnią swoją obietnicę.

Pewne jest to, że w przemyśle cementowym i betonowym na całym świecie panuje przekonanie, że ma problem do rozwiązania, a nie ma rozwiązania. Aby sprostać bezpośrednim i długoterminowym wyzwaniom związanym z nadążaniem za stale rosnącą populacją i szybko zmieniającym się klimatem, może być potrzebny zestaw rozwiązań dostosowanych zarówno do rynków lokalnych, jak i globalnych.


Wila Śrubara jest adiunktem w zakresie inżynierii architektonicznej i materiałoznawstwa, Uniwersytet Kolorado Boulder.

Ten artykuł został ponownie opublikowany z Rozmowa na licencji Creative Commons. Przeczytać oryginalny artykuł .