Исследователи из Кембриджского университета придумали способ дешевого производства низкоуглеродистого бетона в промышленных масштабах, используя отработанный цемент и электродуговые печи сталелитейной промышленности.
Разработанный инженерами метод предполагает переработку старого цемента из снесенных зданий путем его нагревания и реактивации содержащихся в нем соединений.
Ключевым моментом инновации является то, как этот процесс осуществляется: с помощью существующих электропечей, используемых для переработки стали.
Цемент является ключевым ингредиентом бетона и ответственен примерно за 90 процентов значительных выбросов углекислого газа при производстве этого материала.
Подход кембриджских исследователей направлен на устранение основных источников этих выбросов: химической реакции, в ходе которой известняк превращается в новый цемент, и сжигания топлива для высокотемпературных печей, необходимых для этого процесса.
Академик Джулиан Оллвуд из Кембриджа заявил, что эта инновация представляет собой «прорыв для строительной отрасли» и что исследовательская группа считает, что она станет «первым в мире процессом производства цемента с нулевым уровнем выбросов».
«Мы знаем, что если в будущем печь будет работать на электричестве, которое не имеет выбросов, то наш процесс сможет производить цемент без каких-либо выбросов», - сказал Оллвуд.
Команда создала частную компанию для коммерциализации своего продукта, который они назвали «Кембриджский электрический цемент», и утверждает, что в течение десяти лет он сможет обеспечить около трети потребностей Великобритании в цементе.
Они успешно протестировали свой метод на предприятии по переработке стали. Но в конце этого месяца будет проведено полномасштабное промышленное испытание, в ходе которого за два часа будет произведено 60 тонн цемента, что позволит получить более убедительные данные о возможности его масштабирования.
Процесс производства относительно прост. После сноса здания его бетон измельчается до такой степени, что цемент можно отделить от заполнителей.
Этот использованный цемент доставляется в сталеплавильную печь и используется вместо извести в качестве «флюса» - очищающего вещества, применяемого в процессе переработки для удаления примесей из расплавленного металла. Это возможно благодаря тому, что цемент и известь имеют схожий состав на основе оксида кальция.
Флюс соединяется с примесями и образует шлак - побочный продукт, который поднимается на поверхность расплавленной стали и может быть легко отделен. В этот момент, если шлак на основе цемента удалить и быстро охладить, он превращается в высококачественный портландцемент.
По словам исследователей, этот переработанный цемент, как ожидается, будет таким же прочным, как и любой другой цемент в Великобритании, потому что он имеет тот же химический состав.
По их словам, он также имеет преимущество перед другими разрабатываемыми низкоуглеродными бетонными решениями, поскольку использует существующие процессы, оборудование и стандарты, без существенных дополнительных затрат для бетонной и сталелитейной промышленности.
Это означает, что независимо от того, будет ли цемент производиться совместно с переработкой стали или самостоятельно с использованием того же оборудования, его можно будет быстро масштабировать.
«Производство цемента с нулевым уровнем выбросов - это абсолютное чудо, но мы также должны сократить количество цемента и бетона, которые мы используем, - говорит Оллвуд. - Бетон дешев, прочен и может быть изготовлен практически везде, но мы используем его слишком много».
«Мы можем значительно сократить количество используемого бетона без какого-либо снижения безопасности, но для этого необходима политическая воля», - добавил он.
Результаты работы кембриджской команды описаны в статье, опубликованной в журнале Nature.
Бетон уже много лет является спорным материалом в архитектуре, и, по оценкам, на него приходится до восьми процентов выбросов углекислого газа в мире.
