加州大学洛杉矶分校碳管理研究所的研究人员开发了一种方法，可以消除水泥生产过程中排放的几乎所有二氧化碳。水泥生产过程中排放的二氧化碳约占全球大气二氧化碳排放量的8%。

　　在ACS可持续化学与工程杂志上发表的一项新研究中，研究人员描述了这种新方法如何轻松地融入现有的水泥生产过程，为现有的行业脱碳解决方案提供了一种更经济实惠的替代方案。

　　普通波特兰水泥是最常见的水泥类型，是一种基础材料，用作几乎所有现代混凝土的粘合剂，是世界上仅次于水的最常用材料。这种水泥是用石灰石制成的，石灰石是一种储量丰富、成本效益高的天然石灰来源。

　　然而，传统的水泥生产方法，包括在化石燃料驱动的窑中加热石灰石以破坏其化学键，留下了巨大的碳足迹，导致每生产一公斤水泥排放近一公斤的二氧化碳。

　　石灰石的热化学分解产生石灰或氧化钙——水泥生产的主要前体——约占二氧化碳释放量的60%，而燃烧化石燃料加热发生化学反应的窑炉则占另外40%。

　　这个过程也会消耗大量的能量。生产一吨石灰（大约2200磅）需要1.4兆瓦时——足够一个半美国家庭一个月的电力。

　　与石灰石不同，氢氧化钙——生产石灰和水泥的零碳前体——在窑中加热生产石灰时只排放水。受此启发，由碳管理研究所（ICM）主任、土木与环境工程教授高拉夫·桑特（Gaurav Sant）领导的加州大学洛杉矶分校塞缪尔工程学院团队开发了一种生产氢氧化钙的新方法。

　　研究人员使用石灰石作为原料，首先将石灰石溶解在含有一种常见工业酸乙二胺四乙酸的水基溶液中。通过膜纳滤，他们从石灰石中分离出钙，然后使用电化学过程生产氢氧化钙。

　　研究人员将他们的方法命名为“ZeroCAL”，即零碳石灰，他们说，这种方法可以消除98%与制造石灰的热化学过程相关的二氧化碳排放。ZeroCAL的副产品包括常用的盐酸和小苏打，以及氧气和氢气，后者可以用作清洁燃烧的燃料来加热水泥窑。

　　该研究的通讯作者、加州大学洛杉矶分校萨穆里分校的普利兹克可持续发展教授桑特说：“零排放方法为消除水泥生产过程中产生的二氧化碳排放提供了一个优雅的解决方案。”

　　“首先，它解决了石灰石分解产生的碳排放问题，同时提供清洁的氢气和氧气来加热水泥窑。其次，它可以在现场脱碳，同时利用现有的窑炉和石灰石原料，而无需建立单独的碳捕获和储存设施。”

　　虽然该过程目前比现有的石灰生产方法需要更多的能源，但正在进行的研究表明，通过简化和消除单元操作以及更好地利用电解产生的酸和碱副产物，ZeroCAL可以实现能源使用平价。

　　为了满足ZeroCAL的用水需求，该团队建议把重点放在靠近海岸或河流的水泥厂，或现成的供水设施上。研究人员说，他们正在与印度最大的水泥制造商——世界第二大水泥市场——Ultratech Cement Limited合作，建造第一座示范工厂，该工厂将使用ZeroCAL工艺每天生产1吨石灰。

　　该研究的合著者、加州大学洛杉矶分校塞缪尔分校土木与环境工程助理教授法比安·罗斯纳说：“很明显，缓解气候变化需要在许多领域采取紧急的、转变范式的行动，以使我们的社会脱碳。”

　　“我们相信，ZeroCAL工艺提供了一条独特的途径，以一种我们以前从未考虑过的方式，实现水泥生产的可访问和快速扩展的脱碳。”

　　研究人员说，ZeroCAL解决方案还可以通过在制造过程中利用低碳石灰作为钙的来源，为钢铁生产脱碳铺平新的道路。

　　除了Sant， ICM的研究作者还包括第一作者Adriano le

　　o和ICM副主任David Jassby（加州大学洛杉矶分校土木与环境工程教授）和Dante Simonetti（加州大学洛杉矶分校化学与生物分子工程副教授）。

　　更多信息：Adriano le

　　等，zero - ocal：消除石灰石分解产生的二氧化碳排放以脱碳水泥生产，ACS可持续化学与工程（2024）。DOI: 10.1021 / acssuschemeng。期刊信息：ACS可持续化学与工程由加州大学洛杉矶分校提供引文：工程师开发可扩展的工艺来脱碳水泥生产（2024,10月14日）检索自https://techxplore.com/news/2024-10-scalable-decarbonize-cement-production.html。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。内容仅供参考之用。