Новый низкоуглеродистый цемент был разработан исследователями из немецкого университета Мартина Лютера в Галле-Виттенберге (MLU) и бразильского университета Пара, которые сосредоточили внимание на известняке — ключевом ингредиенте при производстве традиционного портландцемента. Этот материал сначала необходимо извлечь из недр Земли в виде отдельных составляющих, а затем измельчить их и запечь при высоких температурах, что само по себе является энергоемким процессом.
Новый цемент из «алюминиевой глины» позволит меньше загрязнять атмосферу
Как широко используемый материал во всем мире, цемент оказывает огромное влияние на окружающую среду и составляет около восьми процентов наших выбросов CO2, но ученые надеются решить эту проблему, внося изменения в состав материала.
Исследовательская группа предложила альтернативу, позволяющую на две третьи сократить выбросы углерода в атмосферу при производстве цементной смеси
Но когда известняк обрабатывается и превращается в небольшие комки, называемые клинкером, которые действуют как прекурсор для измельчения цементного порошка, он высвобождает накопленный углерод. В противном случае этот углерод оставался бы надежно запертым в породе, но по мере того, как все больше и больше известняка выкапывается и обжигается для производства цемента, он вместо этого в значительных количествах попадает в атмосферу.
В результате именно к поиску альтернативы известняку сводится большинство усилий по ограничению углеродного следа цемента, и мы уже наблюдали некоторые интересные потенциальные заменители — например, идею использования в составе цемента вулканической породы. Авторы же нового исследования изучали потенциал сырья под названием боксит, который подходит по всем показателям, но с одним нюансом. Бокситовые руды – самые распространенные образования, содержащие алюминий, а потому они уже пользуются большим спросом и имеет ограниченную доступность.
Поиски привели ученых к бокситовой вскрыше (материалу, который находится над бокситом и который необходимо поднимать в любом случае во время горных работ), называемой глиной Белтерра.
«Этот слой глины может иметь толщину до 30 метров и покрывает месторождения бокситов в тропических регионах Земли, например, в бассейне Амазонки», — объясняет Пёлльманн. «Он включает в себя достаточно минералов с высоким содержанием алюминия, чтобы обеспечить хорошее качество цемента. Он также доступен в больших количествах и не требует особых процедур обработки».
Новый рецепт команды не исключает известняк полностью, но на 50-60% заменяет его глиной Белтерра. У такой смеси есть одно дополнительное преимущество: она не только оставляет запасы углерода запертыми в земле, но и требует гораздо более низких температур для обработки – порядка 1250 ° C, что на 200 градусов ниже, чем у традиционного портландцемента.
«Наш метод не только выделяет меньше CO2 во время химического преобразования, но и снижает его выбросы при нагревании вращающихся печей», — отметил Пёлльманн.
В целом команда подсчитала, что новый рецепт цемента снижает выбросы углерода на две трети во время производства. Строгие лабораторные испытания показали, что он соответствует требованиям и отвечает всем критериям эффективности для традиционного портландцемента. Теперь исследователи пытаются понять, есть ли в Германии удобные источники глины Белтерра и смогут ли они производить новую смесь в промышленных объемах.