Cement jest stosowany na całym świecie w ogromnych ilościach – więcej zużywa się tylko wody. Jednak podczas jego wytwarzania co roku emitowany jest ponad miliard ton dwutlenku węgla, co stanowi prawie 8 proc. całkowitej emisji globalnej.

Cement bez stosowania paliw kopalnych

Proces produkcji cementu polega na podgrzewaniu wapienia, gliny i innych składników w temperaturach sięgających 1400 stopni Celsjusza. Ciepło stapia surowce w grudki wielkości kamyków zwane klinkierem, które następnie są mielone w celu uzyskania drobnego, sproszkowanego cementu.

Znaczna część emisji dwutlenku węgla z produkcji cementu pochodzi ze spalania paliw kopalnych w celu ogrzania powietrza wewnątrz dużego pieca, w którym surowce są przetwarzane w cement. Istnieje również wiele etapów pośrednich, które prowadzą do strat dużej ilości ciepła odpadowego.

Aby ograniczyć emisję dwutlenku węgla, dr Qi Zheng ze Stanford University wraz z Yi Cui, profesorem materiałoznawstwa, Paolo Monteiro, profesorem inżynierii lądowej i wodnej i współpracownikami opracowali metodę nagrzewania plazmowego przy wykorzystaniu energii elektrycznej zamiast paliw kopalnych. Dzięki temu można bezpośrednio podgrzewać surowce i wyeliminować etapy pośrednie.

Niskoemisyjny cement

Ogrzewanie plazmowe to proces polegający na przepuszczaniu energii elektrycznej przez zjonizowany gaz. Generuje temperatury powyżej 2400 st. C, przyspieszając formowanie klinkieru: tworzy się on w ciągu kilku sekund, prawie 100 razy szybciej niż przy tradycyjnej produkcji.

Skracając czas potrzebny na podgrzanie surowców, nowa metoda zmniejszyła ilość ciepła odpadowego. W przeciwieństwie do tradycyjnej produkcji cementu (sprawność cieplna na poziomie 30–40 proc.), prawie 80 proc. ciepła wytwarzanego podczas ogrzewania plazmowego jest wykorzystywane do produkcji cementu.

Nowy, „niskoemisyjny” cement ma porównywalne z tradycyjnym właściwości mechaniczne, takie jak trwałość i urabialność (zdolność do łatwego i dokładnego wypełniania form oraz przestrzeni zbrojenia przy jednoczesnym zachowaniu jednorodności i szczelności).

Jak ujawniło badanie pod mikroskopem elektronowym, nowa metoda wprowadza nanodrobiny, które szybko rozpuszczają się w wodzie i przyspieszają wiązanie cementu, poprawiając tym samym jego wytrzymałość w porównaniu z cementem tradycyjnym.

Metoda nagrzewania plazmowego działa również z odpadami cementowymi pochodzącymi z zakładów recyklingu jako surowcem. Promuje to gospodarkę o obiegu zamkniętym i dodatkowo zmniejsza emisję dwutlenku węgla w produkcji cementu. Co więcej, jeśli proces będzie zasilany energią odnawialną, mógłby być bezemisyjny.