Các nhà nghiên cứu từ Đại học Cambridge đã phát triển một phương pháp sản xuất bê tông có lượng phát thải rất thấp trên quy mô lớn – một sự đổi mới có thể mang tính thay đổi trong quá trình chuyển đổi sang mức không khí thải.
Hình ảnh quá trình sản xuất xi măng điện đầu tiên trong lò hồ quang điện tại Viện Chế biến Vật liệu, Vương quốc Anh. Nguồn: Viện chế biến vật liệu
Phương pháp mà các nhà nghiên cứu cho là "một phép lạ tuyệt đối" sử dụng lò hồ quang chạy bằng điện được sử dụng để tái chế thép để tái chế đồng thời xi măng, thành phần đói carbon của bê tông.
Bê tông là vật liệu được sử dụng nhiều thứ hai trên hành tinh, sau nước và chịu trách nhiệm cho khoảng 7,5% tổng lượng khí thải CO 2 do con người tạo ra. Một cách có thể mở rộng, tiết kiệm chi phí để giảm lượng khí thải bê tông đồng thời đáp ứng nhu cầu toàn cầu là một trong những thách thức khử cacbon lớn nhất thế giới.
Các nhà nghiên cứu của Cambridge phát hiện ra rằng xi măng đã qua sử dụng là chất thay thế hiệu quả cho chất vôi, được sử dụng trong tái chế thép để loại bỏ tạp chất và thường tạo thành chất thải được gọi là xỉ. Nhưng bằng cách thay thế vôi bằng xi măng đã qua sử dụng, sản phẩm cuối cùng là xi măng tái chế có thể được sử dụng để làm bê tông mới.
Phương pháp tái chế xi măng do các nhà nghiên cứu Cambridge phát triển, được báo cáo trên tạp chí Nature , không gây thêm bất kỳ chi phí đáng kể nào cho sản xuất bê tông hoặc thép và giảm đáng kể lượng khí thải từ cả bê tông và thép do nhu cầu về vôi giảm.
Các thử nghiệm gần đây được thực hiện bởi Viện Chế biến Vật liệu, một đối tác của dự án, cho thấy xi măng tái chế có thể được sản xuất quy mô lớn trong lò hồ quang điện (EAF), đây là lần đầu tiên điều này đạt được. Cuối cùng, phương pháp này có thể sản xuất xi măng không phát thải nếu EAF được cung cấp năng lượng tái tạo.
Giáo sư Julian Allwood từ Khoa Kỹ thuật của Cambridge, người đứng đầu nghiên cứu cho biết: “Chúng tôi đã tổ chức một loạt hội thảo với các thành viên của ngành xây dựng về cách có thể giảm lượng khí thải từ ngành này”. “Rất nhiều ý tưởng tuyệt vời được đưa ra từ những cuộc thảo luận đó, nhưng có một điều họ không thể hoặc sẽ không cân nhắc là một thế giới không có xi măng.”
Bê tông được làm từ cát, sỏi, nước và xi măng, đóng vai trò là chất kết dính. Mặc dù chỉ chiếm một tỷ lệ nhỏ trong bê tông nhưng xi măng lại chịu trách nhiệm cho gần 90% lượng khí thải từ bê tông. Xi măng được sản xuất thông qua một quá trình gọi là clanhke, trong đó đá vôi và các nguyên liệu thô khác được nghiền nát và nung nóng đến khoảng 1.450°C trong các lò nung lớn. Quá trình này chuyển đổi vật liệu thành xi măng nhưng thải ra một lượng lớn CO 2 khi đá vôi khử cacbonat thành vôi.
Trong thập kỷ qua, các nhà khoa học đã nghiên cứu các chất thay thế cho xi măng và phát hiện ra rằng khoảng một nửa lượng xi măng trong bê tông có thể được thay thế bằng các vật liệu thay thế, chẳng hạn như tro bay, nhưng những chất thay thế này cần được kích hoạt hóa học bởi lượng xi măng còn lại để có thể thay thế được. để cứng lại.
Allwood cho biết: “Vấn đề còn là về khối lượng. Về mặt thực tế, chúng tôi không có đủ các giải pháp thay thế này để theo kịp nhu cầu xi măng toàn cầu, khoảng 4 tỷ tấn mỗi năm”. "Chúng tôi đã xác định được giải pháp giúp chúng tôi sử dụng ít xi măng hơn bằng cách trộn và trộn cẩn thận, nhưng để đạt được mức phát thải bằng 0, chúng tôi cần phải bắt đầu suy nghĩ sáng tạo."
Tác giả đầu tiên, Tiến sĩ Cyrille Dunant cho biết: “Tôi đã có một ý tưởng mơ hồ từ nghiên cứu trước đó rằng nếu có thể nghiền nát bê tông cũ, loại bỏ cát và đá, đun nóng xi măng sẽ loại bỏ nước và sau đó nó sẽ hình thành clanhke trở lại”. , cũng từ Khoa Kỹ thuật. "Một bể kim loại lỏng sẽ giúp thực hiện phản ứng hóa học này và lò hồ quang điện, được sử dụng để tái chế thép, có vẻ như là một khả năng lớn. Chúng tôi phải thử."
Quá trình tạo clanhke đòi hỏi nhiệt và sự kết hợp phù hợp của các oxit, tất cả đều có trong xi măng đã qua sử dụng nhưng cần phải được kích hoạt lại. Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm nhiều loại xỉ được làm từ chất thải phá dỡ và bổ sung thêm vôi, alumina và silica. Xỉ được xử lý trong lò EAF của Viện Chế biến Vật liệu bằng thép nóng chảy và được làm nguội nhanh chóng.
Dunant cho biết: “Chúng tôi nhận thấy sự kết hợp giữa clinker xi măng và oxit sắt là một loại xỉ luyện thép tuyệt vời vì nó tạo bọt và chảy tốt”. "Và nếu bạn có được sự cân bằng phù hợp và làm nguội xỉ đủ nhanh, bạn sẽ thu được xi măng tái hoạt hóa mà không phải tốn thêm bất kỳ chi phí nào cho quá trình sản xuất thép."
Xi măng được tạo ra thông qua quá trình tái chế này chứa hàm lượng oxit sắt cao hơn xi măng thông thường, nhưng các nhà nghiên cứu cho biết điều này ít ảnh hưởng đến hiệu suất.
Quy trình Xi măng Điện Cambridge đã được mở rộng quy mô nhanh chóng và các nhà nghiên cứu cho biết họ có thể sản xuất một tỷ tấn mỗi năm vào năm 2050, chiếm khoảng một phần tư sản lượng xi măng hàng năm hiện nay.
Allwood cho biết: “Sản xuất xi măng không phát thải là một điều kỳ diệu nhưng chúng tôi cũng phải giảm lượng xi măng và bê tông mà chúng tôi sử dụng”. "Bê tông rẻ, chắc chắn và có thể được sản xuất ở hầu hết mọi nơi, nhưng chúng ta đang sử dụng quá nhiều. Chúng ta có thể giảm đáng kể lượng bê tông sử dụng mà không làm giảm độ an toàn, nhưng cần phải có ý chí chính trị để biến điều đó thành hiện thực." .
"Ngoài việc là một bước đột phá cho ngành xây dựng, chúng tôi hy vọng rằng Xi măng Điện Cambridge cũng sẽ là lá cờ giúp chính phủ nhận ra rằng các cơ hội đổi mới trên hành trình hướng tới mục tiêu không phát thải sẽ vượt xa lĩnh vực năng lượng."
Các nhà nghiên cứu đã nộp bằng sáng chế về quy trình này để hỗ trợ thương mại hóa nó.
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
