Размещено на портале Архи.ру (www.archi.ru)

29.10.2019

В MIT придумали, как делать цемент без использования ископаемого топлива: с помощью электричества

Алина Измайлова

Ученые из Массачусетского технологического института (MIT) придумали экологичный способ производства портландцемента. Обычно он изготовляется путем обжига смеси из известняка, глины и песка при высоких температурах (около 1450 °C). Схема, предложенная американскими исследователями, исключает участие ископаемого топлива, и, как следствие, выделение углекислого газа в атмосферу. «Вредные» природный газ и уголь они предлагают заменить электричеством, полученное «зелеными» способами. Цемент при этом не потеряет в качестве, а бонусом станут побочные продукты производства, которые можно будет использовать как топливо или сырье.

Исследование проведено сотрудниками кафедры материаловедения и инженерии MIT при финансовой поддержке Сколковского института науки и технологий. Итоговая работа опубликована в научном журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Демонстрация электрохимического процесса, протекающего в электролизере
Демонстрация электрохимического процесса, протекающего в электролизере
© Felice Frankel

Портландцемент – самый распространенный вид цемента. Ежегодно в мире производится до 4 млрд тонн этого стройматериала, при этом с каждым новым его килограммом в атмосфере появляется дополнительный килограмм CO2.

Вместе с урбанизацией и ростом мирового населения увеличивается и потребность в новых сооружениях. По прогнозам Международного энергетического агентства, на которое ссылается MIT, к 2060 году их число на планете удвоится, а вместе с этим – и спрос на цемент. Повышение объемов производства этого стройматериала, в свою очередь, усугубит климатический кризис.

В методе, предложенном MIT, используется электролизер из двух связанных колб, заполненных водой, и помещенных в них электродов. Под воздействием электрического тока вода расщепляется на водород и кислород, при этом в колбе с «кислородгенерирующим» электродом среда становится кислой, а в колбе с «водородгенерирующим» – основной. Если в этот раствор с плавным изменением pH добавить измельченный известняк, который преимущественно состоит из карбоната кальция (CaCO3), в одной части емкости образуются пузырьки углекислого газа, а в другой – твердые частицы гидроксида кальция (Ca(OH)2) – гашеной извести. Полученный осадок – «заготовка» для портландцемента: из него уже легко выделить оксид кальция (CaO), который в реакции с диоксидом кремния (SiO2) образует алит – основу для этого стройматериала.



Хотя углекислый газ и останется побочным продуктом в этой электрохимической ячейке, в окружающую среду он не попадет: ученые намереваются собирать его, чтобы использовать в нефтяной промышленности, в производстве газированных напитков и сухого льда. Исследователи поясняют, что CO2, выделяемый обычными цементными заводами, для этих целей не годится, поскольку загрязнен иными соединениями, а очищать его трудоемко и дорого. Водород и кислород, которые также образуются в ходе электрохимической реакции, авторы предлагают использовать как топливо.