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革命性的“真零碳”水泥使用电解方式生产 而不是熔炉
发布日期:2023-09-19 16:24:18  稿源:cnBeta.COM

Sublime Cement 公司表示,它已准备好开始扩大"世界上最清洁水泥"的规模,该水泥符合行业性能标准,依靠室温电解槽代替化石燃料炉,使用各种零碳输入材料。传统的混凝土生产工艺每生产一吨水泥,就会产生一吨二氧化碳,而 2022 年全球的二氧化碳排放量约为 41 亿吨,仅中国就占了一半以上。

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因此,这同样是一个巨大的机遇;随着去碳化任务和碳税开始生效,谁能率先在全球范围内生产出具有成本竞争力、完全零碳的水泥替代品,谁就有可能坐拥巨大的印钞机。

目前不乏低碳和碳捕捉混凝土替代品,但麻省理工学院的衍生公司 Sublime Systems 尤为引人关注,因为它采用了一种新颖的电化学方法来生产水泥,这种方法是"真正的零碳",而不是"净零碳"或"碳封存"--因为它可以在生产过程中通常产生碳排放的两个关键点完全消除碳排放。

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生产出的零碳石灰与现有产品完全相同,每吨混凝土的二氧化碳排放量为一吨。在预拌混凝土工艺中,它是一种可直接使用的替代品。

在常规水泥生产过程中,石灰石通过燃烧化石燃料被加热到大约 1400 °C (2552 °F),这是第一个主要的排放源,目的是生产出纯石灰。但是,按重量计算,石灰石中约有 50% 是二氧化碳,当熔炉加热释放出二氧化碳时,由于二氧化碳与烟气混合在一起,因此很难捕获。

Sublime 的方法完全不同,它采用电解法。公司联合创始人莉亚-埃利斯(Leah Ellis)博士和蒋亦明博士在 Medium 上发表了一篇文章,对这一方法进行了详细解释,但其基本过程如下。

水在接近中性的 pH 值下分裂,产生氢气和氧气,同时在两个电极之间形成 pH 值梯度。含钙矿物与阳极形成的酸发生反应,生成溶解的钙离子,然后向阴极迁移。当它们的 pH 值达到至少 12.5 时,就会与阴极产生的碱发生反应,以固体氢氧化钙的形式沉淀出来,这也被称为建筑石灰或熟石灰。

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Sublime 的工艺使用室温电解法从一系列不同的投入材料中分离出必要的钙

这种石灰可以直接替代传统的水泥生产。创始人说,Sublime 已经开发出了这种方法,现在能效更高,不需要生产氢气,可以分离氧气和二氧化碳气流,可以从反应器中连续提取石灰,而且可以使用现成的电解设备进行生产。

该工艺非常灵活,可以使用各种不同的原料。如果只有低品位的石灰石,它也可以使用。这种工艺无法避免产生二氧化碳,但至少它是以纯净、低温的状态产生的,预压至 10 巴,便于捕集和储存,而且与普通水泥生产相比,能耗和排放量都大大降低。

对于真正的零碳水泥,该工艺可以从二氧化硅、镁、铁或铝等杂质中提取纯钙,并在生产过程中将它们提炼成更高级的材料。最重要的是,这一切都在室温下进行,无需燃烧炉或电加热。

Sublime 声称,它是"唯一不使用化石燃料、可扩展、可直接替代传统水泥的混凝土"。

几天前,Sublime 宣布其产品已获得 ASTM C1157 认证。这是一项纯粹基于性能要求的行业标准,测试参数包括强度发展、耐久性、收缩、保水性、含气量、凝结时间、密度、早期硬化和开裂,这意味着 Sublime 水泥现在可以按照美国和国际主要建筑规范使用。

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采用 Sublime 工艺生产的零碳石灰

根据哈佛大学贝尔弗中心 2022 年的一份政策简报,水泥生产中的碳捕集成本为每吨二氧化碳 19 美元至 205 美元。因此,在不知道 Sublime 所说的规模是哪一端的情况下,该公司首款清洁水泥产品的售价可能会比其肮脏竞争对手的货架价高出 15-158% 不等。

混凝土生产的二氧化碳排放量约占全球总排放量的 8%--这是一个巨大的产业,在 2050 年实现零碳的竞赛中,脱碳替代品将做出巨大贡献。

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