| تاریخ ارسال: 1403/11/16 |
تکنولوژی سیمان کم کربن از آزمایشگاه به بازار میرود
آهک بدون کربن توسعه یافته با استفاده از فرآیند جدید توسط محققان موسسه فناوری ماساچوست
تحت شرکتی به نام Sublime Systems برای تجاریسازی این فرآیند توسط محققان MIT راهاندازی شده است.
عکس از: Sublime Systems
کمی بیش از یک سال، از زمان اعلام تاسیس اداره فناوری، نوآوری و مشارکت (TIP) توسط بنیاد ملی علوم ایالات متحده میگذرد. اداره TIP نماد فشار بر دولت فدرال برای ایفای نقش در حمایت از تحقیقات الهام گرفته از مصرف، و انتقال آن از آزمایشگاه به بازار در سالهای اخیر بوده است. این اداره در حال حاضر در کنار طرح اصلی خود، موتورهای نوآوری منطقهای، شروع به اجرای ابتکاراتی در مقیاس کوچکتر کرده است. فناوریهای سبز یکی از حوزههای اصلی در تخصیص بودجههای تحقیقاتی است. در صورت پایبندی ایالات متحده به تعهدات خود نسبت به توافق نامه آبوهوای پاریس، عملیاتهای صنعتی میبایست کربنزدایی شوند؛ چه از طریق جذب انتشار گازهای گلخانهای، اجرای روشهای پردازش جدید یا استفاده از سوختهای جایگزین (برای مقالات در مورد سوخت هیدروژنی و مصارف صنعتی به پژوهشنامه (بولتن) آوریل ۲۰۲۳ مراجعه کنید).
تولید سیمان بخش قابل توجهی از انتشارات گازهای گلخانهای صنعتی را به خود اختصاص میدهد. برای ساخت سیمان پورتلند (Portland) معمولی، کربنات کلسیم (CaCO۳، معمولاً سنگ آهک) آسیاب میشود و سپس با ماسه و خاک رس در حرارت زیاد ایجاد شده توسط سوزاندن زغال سنگ میپزد. فرآیند پخت CaCO۳ را به اکسید کلسیم (CaO) و دیاکسید کربن (CO۲) تجزیه میکند. سپس CaO با سیلیس (SiO۲) واکنش داده و آلیت، فاز معدنی اصلی سیمان پورتلند تولید میشود.
اگرچه زغال سنگ لازم برای ایجاد حرارت میتواند با سوختهای دیگر جایگزین شود، اما به دلیل ماهیت اساسی این ماده، اجتناب از CO۲ منتشر شده از تجزیه CaCO۳ ممکن نیست. با این حال، روشهای مختلفی برای پردازش CaCO۳ وجود دارد که منجر به CO۲ خالصتر میشود، که استفاده مجدد از آن را در کاربردهای دیگر آسانتر میکند.
محققان MIT، به رهبری Yet-Ming Chiang، همکار انجمن سرامیک آمریکا و پروفسور کیوسرا (Kyocera) در مهندسی و علم مواد و Leah Ellis، همکار فوق دکتری بر روی یکی از این فرآیندها کار میکنند. فرایندی که در ابتدای سال ۲۰۱۹ در CTT گزارش شد، کلسیناسیون الکتروشیمیایی دمای محیط نامیده میشود. این روش از الکترولیز برای کاهش CaCO۳ استفاده میکند.
به کمک این روش، نه تنها نیاز به سوختهای فسیلی به دلیل استخراج کلسیم با برق ارزان به جای گرما حذف میشود، بلکه گاز CO۲ دریک جریان خالص گاز O۲/CO۲ آزاد میشود. برخلاف گازهای ناخالص دودکش در کورههای سنتی سیمان که همراه با فرآیند گران قیمت اسکراب آمین، در این روش میتوان دیاکسید کربن را به راحتی استخراج کرد.
علاوه بر این، محققان میگویند که این فرآیند به طور طبیعی تصفیهکننده است، بنابراین میتوان از ورودیهای ناخالص از جمله سنگهای آهکی با عیار پایین یا کانیهای کلسیم غیر کربناتی که CO۲ تعبیهشده ندارند، استفاده کرد.
امکان جداسازی کلسیم از ناخالصیهای معمولی مانند سیلیس، منیزیم، آهن و آلومینیوم وجود دارد، زیرا این اجزا یا در اسید حل نمیشوند یا در pH مشابه کلسیم رسوب نمیکنند. فرآیند Sublime برای ساخت آهک تقریباً بدون توجه به نوع ماده اولیه، منجر به یک آهک خالص میشود، و سایر مواد معدنی با ارزش بالاتر مانند منیزیم نیز میتوانند جدا شوند.
در سال ۲۰۲۰، محققان MIT یک شرکت استارت آپی به نام Sublime Systems برای تجاریسازی این فرآیند تاسیس کردند. از آن زمان، آنها چندین بهسازی در این فرایند ایجاد کردند. از جمله:
سرمایه جدید برای افزایش تولید در یک کارخانه آزمایشی، ایجاد تیم شرکت، انجام آزمایش محصول و پیشبرد تعهدات مشتریان و شرکای جدید استفاده خواهد شد. فراتر از آن، Sublime Systems قصد دارد تا سال ۲۰۲۵ یک کارخانه نمایش تجاری ساخته و راه اندازی کند و سپس تا سال ۲۰۲۷-۲۰۲۶ یک کارخانه سیمان در مقیاس کامل با ظرفیت یک میلیون تن در سال، تا سال ۲۰۲۸ احداث کند.
اگر این فرآیند با موفقیت تجاریسازی شود، Sublime Systems ممکن است بتواند از ابتکار خرید پاک دولت بایدن-هریس استفاده کند، که خرید فولاد، بتن، آسفالت و شیشه با آلایندگی کمتر توسط دولت فدرال را در اولویت قرار میدهد. در سطح ایالتی، ایالت نیوجرسی اخیراً لایحهای را امضا کرده که در آن، اجرای بتن در پروژههای ساختمانی با انتشار کربن کمتر از بتن سنتی را تشویق میکند.
با افزایش بودجه و برنامههای تحقیقاتی الهام گرفته از مصرف در هیات مدیره اداره TIP، در حالت ایدهآل، تعداد بیشتری از محققان دانشگاهی این امکان را خواهند داشت که تحقیقات خود را به بازار انتقال دهند، همانطور که چیانگ و الیس با سیستمهای Sublime انجام میدهند.
منبع:
ترجمه: مهندس مهدی عرب، دانشگاه صنعتی شریف
تولید سیمان بخش قابل توجهی از انتشارات گازهای گلخانهای صنعتی را به خود اختصاص میدهد. برای ساخت سیمان پورتلند (Portland) معمولی، کربنات کلسیم (CaCO۳، معمولاً سنگ آهک) آسیاب میشود و سپس با ماسه و خاک رس در حرارت زیاد ایجاد شده توسط سوزاندن زغال سنگ میپزد. فرآیند پخت CaCO۳ را به اکسید کلسیم (CaO) و دیاکسید کربن (CO۲) تجزیه میکند. سپس CaO با سیلیس (SiO۲) واکنش داده و آلیت، فاز معدنی اصلی سیمان پورتلند تولید میشود.
اگرچه زغال سنگ لازم برای ایجاد حرارت میتواند با سوختهای دیگر جایگزین شود، اما به دلیل ماهیت اساسی این ماده، اجتناب از CO۲ منتشر شده از تجزیه CaCO۳ ممکن نیست. با این حال، روشهای مختلفی برای پردازش CaCO۳ وجود دارد که منجر به CO۲ خالصتر میشود، که استفاده مجدد از آن را در کاربردهای دیگر آسانتر میکند.
محققان MIT، به رهبری Yet-Ming Chiang، همکار انجمن سرامیک آمریکا و پروفسور کیوسرا (Kyocera) در مهندسی و علم مواد و Leah Ellis، همکار فوق دکتری بر روی یکی از این فرآیندها کار میکنند. فرایندی که در ابتدای سال ۲۰۱۹ در CTT گزارش شد، کلسیناسیون الکتروشیمیایی دمای محیط نامیده میشود. این روش از الکترولیز برای کاهش CaCO۳ استفاده میکند.
به کمک این روش، نه تنها نیاز به سوختهای فسیلی به دلیل استخراج کلسیم با برق ارزان به جای گرما حذف میشود، بلکه گاز CO۲ دریک جریان خالص گاز O۲/CO۲ آزاد میشود. برخلاف گازهای ناخالص دودکش در کورههای سنتی سیمان که همراه با فرآیند گران قیمت اسکراب آمین، در این روش میتوان دیاکسید کربن را به راحتی استخراج کرد.
علاوه بر این، محققان میگویند که این فرآیند به طور طبیعی تصفیهکننده است، بنابراین میتوان از ورودیهای ناخالص از جمله سنگهای آهکی با عیار پایین یا کانیهای کلسیم غیر کربناتی که CO۲ تعبیهشده ندارند، استفاده کرد.
امکان جداسازی کلسیم از ناخالصیهای معمولی مانند سیلیس، منیزیم، آهن و آلومینیوم وجود دارد، زیرا این اجزا یا در اسید حل نمیشوند یا در pH مشابه کلسیم رسوب نمیکنند. فرآیند Sublime برای ساخت آهک تقریباً بدون توجه به نوع ماده اولیه، منجر به یک آهک خالص میشود، و سایر مواد معدنی با ارزش بالاتر مانند منیزیم نیز میتوانند جدا شوند.
در سال ۲۰۲۰، محققان MIT یک شرکت استارت آپی به نام Sublime Systems برای تجاریسازی این فرآیند تاسیس کردند. از آن زمان، آنها چندین بهسازی در این فرایند ایجاد کردند. از جمله:
- مصرف انرژی کارآمدتر
- حذف تولید خالص H۲
- امکان جداسازی جریان گازهای CO۲ و O۲
- فراهم کردن امکان استخراج مداوم اکسید کلسیم از راکتور
- استفاده از سخت افزار الکترولایزر تجاری خارج از قفسه (COTS)
سرمایه جدید برای افزایش تولید در یک کارخانه آزمایشی، ایجاد تیم شرکت، انجام آزمایش محصول و پیشبرد تعهدات مشتریان و شرکای جدید استفاده خواهد شد. فراتر از آن، Sublime Systems قصد دارد تا سال ۲۰۲۵ یک کارخانه نمایش تجاری ساخته و راه اندازی کند و سپس تا سال ۲۰۲۷-۲۰۲۶ یک کارخانه سیمان در مقیاس کامل با ظرفیت یک میلیون تن در سال، تا سال ۲۰۲۸ احداث کند.
اگر این فرآیند با موفقیت تجاریسازی شود، Sublime Systems ممکن است بتواند از ابتکار خرید پاک دولت بایدن-هریس استفاده کند، که خرید فولاد، بتن، آسفالت و شیشه با آلایندگی کمتر توسط دولت فدرال را در اولویت قرار میدهد. در سطح ایالتی، ایالت نیوجرسی اخیراً لایحهای را امضا کرده که در آن، اجرای بتن در پروژههای ساختمانی با انتشار کربن کمتر از بتن سنتی را تشویق میکند.
با افزایش بودجه و برنامههای تحقیقاتی الهام گرفته از مصرف در هیات مدیره اداره TIP، در حالت ایدهآل، تعداد بیشتری از محققان دانشگاهی این امکان را خواهند داشت که تحقیقات خود را به بازار انتقال دهند، همانطور که چیانگ و الیس با سیستمهای Sublime انجام میدهند.
منبع:
https://ceramics.org/ceramic-tech-today/low-carbon-cement-technology-heading-from-lab-to-market
ترجمه: مهندس مهدی عرب، دانشگاه صنعتی شریف