Цемент производство: состав, химическая формула и производство

Содержание

Home — CEMIX ProWhite

Новая производственная линия для высочайшего качества


Производство и поставка

Наша новая производственная линия- гарантия высокого качества Cemix ProWhite. У нас современный завод по производству белого цемента в России и высокотехнологичная и интеллектуальная линия, среди подобных во всем мире. Наш завод спроектирован и построен исключительно для производства  белого цемента, и оснащен всем необходимым для выпуска продукта самого высокого качества. Объем производства- до 250 тысяч тонн в год.

 

 

Высокая белизна цемента Cemix ProWhite достигается  благодаря следующему:

  • уникальный состав основного сырья- известняка и каолина, добываемого в наших собственных месторождениях;
  • особый режим обжига во вращающейся печи;
  • резкое охлаждение клинкера после обжига в специальной установке- клинкерном холодильнике;
  • применение в производственном оборудовании сплавов и материалов, которые снижают риск окрашивания продукта.

Для продукта премиум класса мы используем соответствующую упаковку

Производство и поставка

Наши прочные биг-беги оснащены запаянным полиэтиленовым вкладышем, чтобы гарантировать оптимальную защиту во время транспортировки и хранения. Также мы упаковываем наш белый цемент в мешки 25 и 40 кг, вы можете выбрать любой. Наши мешки сделаны из прочного полиэтилена, для максимальной защиты продукта. Мы используем стандартные паллеты 1000х1200 мм для удобства погрузки и хранения. Для дополнительной защиты паллеты упакованы в стрейч-пленку.

Для доставки цемента в наши терминалы мы используем собственные хоппер-цементовозы, предназначенные для перевозки исключительно белого цемента, чтобы гарантировать его чистоту и высокое качество. Объем силосных групп в наших терминалов- по 2000 тонн в каждом, в дальнейшем мы увеличим объем хранения до 4000 тонн. У нас всегда будет запас белого цемента для вас.

Наш сервис по доставке такой же высококлассный, как и наше производство

Цены и заказ

Работа нашей компании, включая логистику, направлена на максимальный уровень сервиса для наших партнеров. При отгрузке авто-цементовозами, мы используем транспорт, специально выделенный для перевозки белого цемента. А благодаря наличию терминалов отгрузки в Московской области, Краснодарском крае и Магнитогорске, мы можем гарантировать оперативную доставку на ваше предприятие. Мы – одна из немногих компаний в России, которая способна отгружать навальный белый цемент сразу в нескольких регионах страны: ЦФО, ЮФО, Урал, ПФО.

На заводе и терминалах мы используем систему сит для поддержания качества и чистоты цемента при отгрузке клиентам. Это означает, что простои и задержки, связанные с наличием включений в белом цементе, окончательно остаются в прошлом. Таким образом, заказав белый цемент у нас, вы получите качественный продукт в согласованные сроки.

100% сервиса, 100% экспертизы

Продажи и услуги

Понятное ценообразование, высокое качество продукта и сервис- это три слагаемых нашего успеха. Вся деятельность нашей команды продаж, службы технической поддержки и клиентского сервиса направлена исключительно на работу с потребителями белого цемента. Наша многолетняя экспертиза в белом цементе работает на вас, на любом этапе наших взаимоотношений.

Для получения подробной информации о нашем продукте, ценах и условиях работы, пожалуйста, обратитесь к сотрудникам отдела продаж.
Все что вам нужно- оставить запрос на получение информации или консультацию, и мы с вами свяжемся по телефону или электронной почте. Будьте уверены: мы говорим на языке белого цемента.

Цементные заводы России — полный список производителей

История производства цемента в России начинается с заявки на патентование нового вяжущего вещества Егором Челиевым в 1825 году. Хотя, практические работы с применением цементных смесей велись в 1813 году при восстановлении Москвы на работах по укреплению берегов Москва-реки и строительстве Кремля. Но волею судеб автором портландцемента считается англичанин Дж. Аспдин (Joseph Aspdin), запатентовавший технологию в 1824 году. Начиная с 1836 года, Россия постоянно наращивала производство цемента, которое к 1913 году достигло 1,78 млн. тонн в год. Большинство предприятий располагалось на юге России, где месторождения известняка или мергеля выходят на поверхность (как говорят ученые — южнее границы последнего ледникового периода).

Виды продукции

Все виды продукции являются производными от портландцемента. Минеральные добавки и вид основного сырья придают цементу различные свойства.

  • Белый цемент — основа для отделочных смесей, цветного цемента марки ЦЦ. Применяется для строительства архитектурных объектов без последующей отделки.
  • Быстротвердеющий цемент — применяется в строительстве быстровозводимых и заливных строений.
  • Водонепроницаемый безусадочный цемент — применяется в строительстве для формирования гидроизоляции и заделки швов гидросооружений.
  • Гидрофобный цемент — присадки снижают водопоглощающие свойства, что увеличивает срок хранения.
  • Глиноземистый цемент — добавки глинозема (аллюминат и бокситы) увеличивают скорость отверждения с выделением большого количества тепла. Актуально для зимнего строительства. При добавлении гипса получается расширяющийся цемент марки РЦ.
  • Напрягающий цемент — применяется для изготовления железобетонных изделий.
  • Пуццолановый цемент — добавление тонкоизмельчённого активного кремнезёма увеличивает время схватывания и понижает тепловыделение. Актуально при возведении объектов с большими сечениями и объемами.
  • Сульфатостойкий цемент — характеризуется жесткими ограничениями по содержанию трёхкальциевого алюмината и трёхкальциевого силиката. Применяется при возведении сооружений циклически контактирующих с водой.

В отдельную группу выделяются шлаковые цементы, которые изготавливаются из отходов металлургического производства или золы от сжигания сланцев и бурого угля. Применяется в производстве шлакоблоков.

Технология производства

Принцип производства цемента не претерпел кардинальных изменений с момента его изобретения. Основные процессы:

  • Добыча известняка или мергеля открытым способом.
  • Измельчение.
  • Приготовление смеси.
  • Различают два способа — сухой и мокрый. При использовании мокрого способа перемешивание происходит с добавлением воды, которую затем выпаривают. К достоинствам этого способа можно отнести равномерность смеси по составу и размеру фракций. Недостаток — большой расход энергии на выпаривание воды перед обжигом (энергозатраты составляют 20…25% стоимости).

  • Обжиг.
  • Производится в клинкерной (вращающейся) печи с факельной горелкой. Печи для мокрой смеси вдвое длиннее и больше по диаметру, чем печи для сухой смеси. Температурный режим: верхняя загрузочная зона — 70…200 °С, зона декарбонизации — 700…1100 °С, зона спекания 1300…1450 °С, зона охлаждения — 1300…900 °С, с переходом в холодильник для быстрого охлаждения гранул.

    Сухой способ приготовления смеси получил развитие с появлением устройств экспресс-анализа состава смеси и технологий с автоматизацией процесса смешивания, что снизило энергетические затраты в 2…3 раза и увеличило съем продукции с одного квадратного метра производственной площади. На выходе получаются клинкерные гранулы.

  • Выдержка. Выдержка производится в течение 1…2-х недель для завершения химических процессов.
  • Помол, упаковка в мешки или закладка в силосы для хранения.

Положение в отрасли

Пик развития производства цемента приходится на 1965…1972 годы. СССР занимал первое место в мире, производя 100…140 млн. тонн в год (мощности предприятий РСФСР — 89…95 млн. тонн). В 90-е годы было выведено из производства более половины предприятий общей мощностью 17…23 млн. тонн. Оставшиеся предприятия объединены в десяток производственно-строительных групп.

Ведущие компании:

  • Евроцемент Груп (13 крупнейших заводов по всей территории России).
  • Холдинг Holcim Group.
  • Группа компаний ЛСР.
  • Консорциум United Cement Group.
  • Холдинг Сибирский цемент.
  • ХайдельбергЦемент Рус.
  • Компания Lafarge.

Темпы ежегодного прироста за период 2009…2012 годы составлял 4,5 %, а в 2013 — 7,8% (объем 66,4 млн. тонн). В настоящее время 90% цемента производится по затратному «мокрому» способу.

Перспективы отрасли

В целом перспективы рынка цемента имеют основания для оптимизма. Потребность в цементе удовлетворяется промышленностью на 90%, а Правительство планирует строительство большого количества объектов (чемпионат мира по футболу, газопровод Южный поток, космодром Восточный, особый экономический статус Дальнего Востока и др.). Главным сдерживающим фактором развития отрасли является отставание в применении технологии сухого приготовления смеси. Законченная реконструкция ряда предприятий и ввод в строй нескольких новых позволит снизить процент «мокрого» производства до 70, что явно недостаточно (в Европе таких производств нет совсем). По данным ФТС РФ стоимость импортного цемента составляет 56…70 долларов за тонну, что существенно превышает среднюю внутреннюю цену 110…130 $/тонну (ДФО — 183 $/тонну). Такая ситуация (при объеме импорта 12…14 млн. тонн в год за последние два года) оказывает существенное давление на внутренних производителей.

Все о цементе от компании «АЛЬФА-СПК»

Цемент – связующее вещество при производстве бетонного раствора и других строительных смесей.

Многие люди путают понятия цемента и бетона.

Цемент это мелкий серый порошок, применяемый для производства бетона. Он также является компонентом раствора, который каменщики используют при укладке кирпича и камня, так же он входит в состав того цемента, материалы которого используются при строительстве дамб, мощения дорог, укладки водоемов и т.д.  

Производство цемента.

Процесс производства цемента начинается в известняковом карьере. Известняк расположенный близко к поверхности, имеет высокое содержание минералов, таких как: окись алюминия, кремний и железо, чем глубже известняк, тем он чище, в нем содержится меньше минералов и больше углекислого кальция. На заводах по производству цемента используют оба типа породы, что бы меняя пропорции, делать разные марки цемента.

Работники бурят отверстие в стене и закладывают в него мощное взрывчатое вещество. Для безопасности они отходят за пределы взрывной зоны, на расстояние более 50 метров. После произведенного взрыва, подъезжают автомобильные погрузчики, которые  загружают известняковую породу в грузовые самосвалы, отвозя руду на ближайшей завод по производству цемента.

Прибывшие на завод машины выгружают породу в первичную дробилку, которая  разбивает большие куски породы, на более мелкие кусочки. В такой дробилке постоянно разбрызгивается вода, для того, что бы, пыль не поднималась и не оседала и на желоб. Оттуда раздробленные камни по конвейеру поступают во вторичную дробилку. В ней они еще больше дробятся, уменьшаясь в размерах. Камни с высоким и низким содержанием углекислого кальция дробятся отдельно.

Далее наступает время перемешивания камней, соотношение которых, зависит от марки производимого цемента. Специальный перегружатель формирует кучки в необходимых пропорциях. Затем погрузчик загружает эту смесь в шлифовальную машину — вальцовую мельницу. В зависимости от минералов уже изначально имеющихся в пере дробленой породе на заводе еще добавляют такие минералы как кремний и железо. Для некоторых марок цемента нужна окись алюминия. Роллер равномерно смешивает и размельчает ингредиенты, образуя сухой порошок из камня, называемы каменной мукой. Далее этот порошок идет в подогреватель. На входе температура порошка 80 градусов Цельсия, за 40 секунд она достигает 800 градусов. Начинается процесс соединения минералов и превращения их в материал, затвердевающий при добавлении воды. В подогревателе имеется мгновенный кольценатор. Примерно через 5 секунд с помощью химической реакции он убирает из порошка 95% двуокиси углерода. Отделяется известь, которая является наиважнейшим элементом цемента. Оттуда порок направляется во вращающуюся печь – огромную цилиндрическую топку. Она установлена под углом, позволяющим порошку перемещаться сверху вниз на расстоянии 49 метров. Печь вращается со скоростью два оборота в минуту, чтобы материал двигался с нужной скоростью. Газовое пламя на дне топки нагревается до огромной температуры – 1700 градусов Цельсия. Когда температура порошка достигает 1500 градусов, он сплавляется в куски размером со стеклянные шарики – они называются клинкерами. При выходе клинкера из обжиговой печи, он охлаждается большими вентиляторами до 60-80 градусов Цельсия. Важно быстро остудить его, чтобы получить качественный цемент. Отсюда клинкер попадает в накопитель.

Последняя ступень производства цемента называется окончательным дроблением. В клинкер добавляется немного гипса. Точное количество зависит от марки производимого цемента. Гипс, замедляет время застывания цемента, поэтому до затвердения с ним можно работать около двух часов. Цементные дробилки или шаровые мельницы, называются так из-за находящихся в них металлических шариков. В самых крупных дробилках их около 150 тонн. При вращении дробилки, шары разбивают и измельчают клинкер и гипс до мелкого порошка. После всех произведенных процессов, получается готовый к применению цемент.

Доставка цемента осуществляется при помощи автомобилей-цементовозов (цементовозный прицеп) или железнодорожными платформами (вагон-цистерна) для перевозки цемента. Это позволяет сберечь от внешних воздействий качество и свойства цемента, а так же транспортировать его на большие расстояния.

Цена и стоимость цемента определяется исходя из нескольких составляющих. Во-первых, она зависит от марки или класса цемента, которые обозначают предел прочности на сжатие (простыми словами – прочность при сжатии). Чем выше марка или класс, тем выше прочность готового изделия. Во-вторых, цена так же зависит от сезона – в зимний период цена выше, так как производство цемента более энергозатратно. Так же зимой необходимо повышать морозостойкость цемента путем введения различных добавок, которые, несомненно, повлияют на стоимость продукции. И, в-третьих, цена зависит от конъюнктуры рынка – удаленности завода-производителя, сезонности, специфики региона, уровня его развития и прочих факторов.

Про цемент, цемент в бетоне, цемент для бетона, состав цемента, производство цемента

Цемент (в переводе с латинского «битый камень») — oдин из основных строительных материалов; гидравлическое минеральное вяжущее вещество, приобретающее при затвердевании высокую прочность, также используемое при изготовлении бетона. Его называют гидравлическим, поскольку набор прочности и затвердевание происходит в присутствии воды; полученные из цементных минералов и воды твёрдые соединения водостойки, то есть нерастворимы в воде. Его называют минеральным, поскольку исходные материалы, используемые для его получения, — минеральной природы (горные породы или продукты их выветривания).

По прочности цемент делится на марки, которые определяются главным образом пределом прочности при сжатии. Самыми распространенными марками цемента являются : без минеральных добавок М 400 Д0 и М 500 Д0 и с минеральными добавками М 400 Д20 и М 500 Д20.

ЦЕМЕНТ в БЕТОНЕ:

Самое распространенное применение цемента это производство бетона и раствора.

 

тел: +7-926-900-09-69

тел.: +7-926-779-96-96

тел.:+7-926-900-31-88 

ИНФОРМАЦИЯ

 

 

Мы рады Вам предложить товары в наших интернет – магазинах.

 Магазин товаров для рыбалки, охоты и туризма

  Магазин кондиционеров и климатической техники 

МЫ ПРОИЗВОДИМ
ДОСТАВЛЯЕМ
КАЧЕСТВЕННЫЙ БЕТОН !!! 

г. Гагарин 

Промышленный проезд, дом 3

Гагаринский бетонный завод

ВНИМАНИЕ, НЕ ПУТАЙТЕ АДРЕС!

Отдел продаж:

ООО «Гагаринский бетонный завод»
Тел.:  +7 (900) 220-11-22

+7 (926)900-09-69
Факс: +7 (495) 778-31-88
Моб.: 8-926-779-96-96 
E-mail:betonbeton67.ru

Мы принимаем карты:

 

ПРОИЗВОДИМ

ДОСТАВЛЯЕМ

СТРОИМ

_______________

 

 

 

 

 

БЛАГОУСТРОЙСТВО

УЧАСТКА

 

 

 

Новости

03.08.21

Продажа ровинга для производства базальтовой арматуры по приемлемой цене.

07.07.21

23-06-2021 года. Мы запустили производство Арматуры Композитной Полимерной (АКП) из стекловолокон и базальтоволокон.

08.11.19

Мы начали продажу арматуры. Это очень качественный товар, производимый нашими партнерами на урале. Неметаллическая композитная АРМАТУРА периодического профиля соответствует ГОСТ. подробнее на страничке АРМАТУРА

07.08.19

Во второе воскресенье августа отмечают свой профессиональный праздник строители.

Компания Гагаринский Бетонный Завод поздравляет с ДНЕМ СТРОИТЕЛЯ.

 

19.06.19

Теперь мы принимаем к оплате карты.

Реклама

здесь может быть:

ВАША РЕКЛАМА

 

АРМАТУРА

БАЗАЛЬТОВАЯ

АРМАТУРА

СТЕКЛОПЛАТИКОВАЯ

Производство, характеристики, применение цемента М500 — Цем-Цемент

Цемент М500 (ПЦ М500), как незаменимый строительный материал, необходим на всех этапах возведения любого здания, сооружения. Не имеет аналогов, обладает уникальными свойствами и относительно небольшой стоимостью. Используется в основном для изготовления сборных ЖБИ, сухих строительных смесей, возведения особо ответственных монолитных конструкций.

Поставляется в многослойных бумажных мешках, полипропиленовых упаковках биг-бэг, россыпью. Перевозится специализированным автомобильным, железнодорожным, водным транспортом. Хранится в крытых сухих помещениях, специальных металлических силосах.

Основы технологии производства

Основным сырьем для производства цемента М500 служит известковый мергель, добываемый в открытых карьерах. Для повышения пластичности смесей на основе этого вяжущего в шихту добавляют глинистые сланцы. Добавки, содержащие глинозем, кремний, железо, изменяют свойства материала. Чтобы улучшить активность основного вяжущего компонента, добавляют доменные шлаки.

Поступающий из карьера известняк, дробится на определенные фракции с помощью специальных дробилок. Измельченное сырье транспортируется в дозирующую установку, где к нему в точных пропорциях добавляются песок, глина, шлак. Затем готовая шихта попадает в шаровую мельницу, где осуществляется смешивание с водой и тонкий помол компонентов.

Измельченная смесь проходит предварительную выдержку в шлам-бассейнах и сушку в башне теплообменника. После этого поступает в обжиговую печь. При сухом способе мелкодисперсная мука после помола поступает непосредственно в печь.

Установленная под наклоном печь, вращается с небольшой угловой скоростью. Сырье, медленно перемещаясь в нижнюю часть, подвергается воздействию встречных горючих газов, которые движутся навстречу. Обжиг осуществляется при температуре 1450 ⁰С. В результате спекания шлама получается кусковой клинкер, который охлаждаясь в теплообменнике, отдает вторичное тепло для обжига.

Охлажденный полуфабрикат поступает в шаровую мельницу для помола, где к нему в определенной пропорции добавляется гипс, ускоряющий срок схватывания. Готовый цемент, с помощью пневмотранспорта, перекачивается в специальные силосные банки для хранения и отгрузки потребителям.

Несмотря на то, что мокрый способ производства считается более затратным, он обеспечивает более точное дозирование компонентов, что положительно сказывается на качестве конечного продукта. Кроме того, при такой технологии, происходит минимальное загрязнение окружающей среды. Производство этого материала регламентируется по ГОСТ 10178-85.

Технические характеристики

Главными особенностями этого вяжущего компонента является высокая прочность строительных смесей, устойчивость их к высокой влажности, незначительная усадка при твердении, пластичность и морозостойкость. Удельная плотность лабораторного образца М500 составляет 3000-3200 кг/м³, насыпная плотность зависит от тонкости помола, условий хранения и составляет от 1000 до 1600 кг/м³.

Основным показателем качества этого вяжущего компонента является прочность, которую выдерживает лабораторный образец размером 160ˣ40ˣ40 мм, затвердевший в течение 28 суток при температуре 25 ⁰С в условиях повышенной влажности. При сжатии на лабораторном прессе, брусок должен выдержать нагрузку не менее 500 кг/см² без разрушения.

Прочность образцов зависит от тонкости помола, которая определяется просеиванием 50 г цемента через сито размером ячеек 0,08 мм. Остаток взвешивается и сравнивается с начальным показателем. Фактическое значение тонкости помола по ГОСТ 10178-85 должно составлять не менее 8 %.

Чтобы получить раствор — бетон высокой прочности, необходимо использовать его до начала схватывания. Поэтому надо знать, когда начинается и заканчивается этот процесс. Также необходимо обратить внимание на лабораторные данные водоотделения, от которого зависит прочность готового изделия, конструкции. Оно должно составлять не более 20%.

Важный показатель М500 — его морозостойкость. Она зависит от количества и характера пор. Чем больше пористость цементного камня, тем меньше его морозостойкость. Снизить количество пор, образующихся при интенсивном испарении воды, можно уменьшением водоцементного отношения до 0,4 и длительным твердением до начала воздействия температурных перепадов.

В лабораторных условиях образцы цементных балочек многократно замораживают при температуре -130 ⁰С и оттаивают при +180 ⁰С. Затем их проверяют на прочность под прессом. Морозостойкость обозначается буквой F и цифрами от 25 до 1000. Для цемента М500 она составляет F70. Производство и применение разновидностей М500 регламентируются следующим ГОСТом:

  1. На основании ГОСТ 22266-94 выпускается сульфатостойкий цемент для бетонных конструкций, эксплуатируемых в агрессивной химической среде.
  2. Для приготовления жаростойких, быстротвердеющих бетонов используются глиноземистые вяжущие компоненты, производство которых осуществляется на основе ГОСТ 969-91.
  3. Производство общестроительных цементов регламентируется на основе ГОСТ 31108-2003

Проверка качества осуществляется в аттестованных лабораториях, оснащенных метрологическим оборудованием и укомплектованных квалифицированным персоналом. Прошедший лабораторное испытание цемент М500 должен иметь следующие технические показатели:

Основные характеристики цемента М500 Разновидности
М500 Д0         М500 Д20
Время полного схватывания, час До 3-х               3-4
Время полного затвердения, суток                28               28
Прочность на сжатие через 28 суток, МПа                50               49
Прочность на изгиб через 28 суток, МПа               6,9               6,7
Прочность на сжатие через сутки пропаривания, МПа               33.2               32,1
Прочность на изгиб через сутки пропаривания, МПа               4,9               4,5
Тонкость помола, %                85                85
Морозостойкость, циклов                70                70

Современная маркировка

На основании действующего ГОСТ Р 31108-2003, согласованного с европейскими нормами EN 197–1, М500 выпускается двух видов. Если в маркировке присутствует индекс «Д0», то это характеризует вяжущее без добавок. Наличие индекса «Д5-Д20» говорит о наличии в цементе добавок в количестве от 5 до 20 %, которые повышают активность, морозостойкость, пластичность, устойчивость к агрессивным химическим веществам.

По новым стандартам отсутствует понятие марки, введен класс прочности, который измеряется в мега паскалях (МПа). Цемент М500 соответствует классу 42,5. Подкласс нормального или ускоренного твердения обозначается дополнительными символами «Н» и «Б» соответственно. Для примера, маркировка ЦI 42.5Б обозначает портландцемент М500, быстротвердеющий, без добавок.

В российской версии маркировка начинается с букв ЦЕМ и следующими за ними римскими цифрами I или II. Они характеризуют отсутствие или наличие в цементе минеральных добавок. Если присутствует цифра I, то это означает присутствие добавок в количестве до 5 %. Цифра II соответствует наличию добавок от 6 до 20 % при индексе А и 21-35 % при индексе В.

Область использования портландцемента М500

Гидрофобный и пластифицированный портландцемент М500 используется для изготовления наземных, подземных, сборных, монолитных ЖБ изделий и конструкций. При бетонировании гидротехнических сооружении, где необходим быстрый срок схватывания и твердения, применяют быстротвердеющий цемент М500.

Если будущая бетонная конструкция будет подвергаться воздействию пресных вод, сульфатной коррозии, то надо использовать пуццолановый и сульфатостойкий цемент М500. При строительстве шахтных, доменных печей, сушильных камер, где монолитные и сборные ЖБ конструкции подвергаются воздействию переменных температур, высокой влажности, сернистых газов, применяют специальный вяжущий компонент М500. В его состав входят специфические добавки, значительно улучшающие его характеристики.

Наиболее часто М500 используется для производства сборных предварительно напряженных ЖБ конструкций, бетонирования монолитных каркасов многоэтажных жилых и производственных зданий. Широкое распространение получили сухие смеси на основе этого вяжущего компонента. Это такие как пескобетон, клей для облицовки, составы для кладки, штукатурки, шпаклевки.

Высококачественный бетон на основе М500 используется также для строительства автомобильных дорог, взлетно-посадочных полос аэродромов. Часто используется при бетонировании монолитных конструкций со скользящей опалубкой и там, где ее необходимо быстро снять. Высокопрочная тротуарная плитка изготавливается на основе ЦI 42.5Б.

Основные преимущества

Цемент М500 имеет целый ряд следующих преимуществ:

Строительные смеси на основе этого вяжущего компонента, переносят значительные перепады температуры, повышенную влажность, без существенной потери прочности.

  1. Конструкции из такого бетона имеют длительный срок эксплуатации, составляющий более 100 лет.
  2. При твердении, строительные смеси на основе цемента М500, не дают усадку.
  3. Отсутствие коррозии позволяет использовать смеси для отделки фасадов, создания декоративных украшений.
  4. Цемент относится к экологичным строительным материалам без ограничений для использования.
  5. Приемлемая стоимость для всех категорий покупателей.
  6. Химическая инертность позволяет использовать готовые ЖБ изделия, конструкции в условиях воздействия агрессивных щелочей, кислот, солей.
  7. Умеренный расход этого материала, позволяет оптимизировать затраты на возведение объектов.

Как правильно использовать цемент М500

Исходя из сложившейся практики, чем выше марка цемента, тем меньше его потребуется для изготовления бетона или раствора. Поэтому в некоторых случаях он используется для бетонирования некоторых мало нагружаемых конструкций. При этом расходуется на 10-15% меньше, чем М 400. Наиболее часто используются следующие пропорции:

  1. Для монтажа сборных фундаментов и заделки швов между плитами перекрытий – 2 части песка и 1 часть цемента.
  2. Кладочные растворы могут состоять из одной части цемента и 4 части песка.
  3. Стяжки под полы, штукатурка стен, садовые дорожки выполняются из раствора, состоящего из одной части вяжущего компонента и 5-ти частей песка.

Сухая смесь, изготовленная за месяц до замешивания, теряет 10% активности. Через 60 дней готовый раствор соответствует смеси, изготовленной с использованием цемента М400. Поэтому в таких условиях дозировку надо корректировать.

Производство — ключевые производственные мощности группы Востокцемент

История спасского цемента началась в 1907 году во время строительства Транссибирской железнодорожной магистрали. Предприниматель Михаил Ратомский, обеспечивающий эту стройку цементом со своего заводика в Амурской области, перевез цементный завод на станцию Евгеньевка (нынче Спасск-Дальний), окрестности которой были богаты известняком и глинами. Завод Ратомского производил до 10 тыс. тонн цемента в год.

Производство цемента на спасской земле с первых дней было поставлено с размахом. После получения 13 июня 1907 года от Военного губернатора Приморской области Билета, на деньги частного капитала началось строительство корпусов завода.

Первый спасский цемент был изготовлен в августе 1908 года, и в первую очередь шел на казенное строительство – железную дорогу и Владивостокскую крепость.

В годы первой пятилетки (1929-1933) Дальнему Востоку требовалось много цемента, потому что регион превратился в огромную строительную площадку, поэтому было принято решение о строительстве в Спасске-Дальнем нового завода. Ему предназначалось стать технически совершенным промышленным гигантом с производственной мощностью 341 тысяча тонн цемента в год. Этот цементный завод стал первенцем социалистической индустрии на Дальнем Востоке. Он был торжественно пущен в эксплуатацию 1 марта 1935 года.

Спасским цементом обеспечивался весь регион. Он поставлялся на строительство укрепительных сооружений на границе, на Хасанскую железную дорогу, во Владивосток, Хабаровск, Комсомольск-на-Амуре. В тарированном виде цемент шел морским путем на Сахалин, Камчатку, на строительство Норильского горно-металлургического комбината.

Во время Великой Отечественной войны завод не прекратил работу, хотя многие рабочие ушли на фронт. Выпуск цемента пришлось освоить женщинам и подросткам. Именно во время войны на Спасском цементном заводе была выпущена первая партия тампонажного цемента, использующегося в нефтедобывающей промышленности. В июне 1943 года был начат выпуск пуццоланового цемента марок «400» и «500», который был разработан с участием специалистов завода.

После войны на заводе началась борьба за наращивание выпуска продукции. Так Спасский цементный завод первым в стране перешел на сухую технологию, чем резко увеличил выпуск продукции.

Благодаря инициативе директора Г. В. Петросянца в мае 1956 года на заводе началось строительство первой в СССР вращающейся печи с циклонными теплообменниками.

В 1962 году производство цемента в СССР достигло уровня производства его в США, и вышло на первое место в мире. 31   декабря 1971 года в СССР была произведена 100-миллионная тонна цемента. В эти цифрах большая доля труда спасских цементников.

Заслуги перед страной были отмечены высокой наградой. 11 февраля 1971 года Указом Президиума Верховного Совета СССР за досрочное выполнение заданий восьмого пятилетнего плана, увеличение производства цемента и успехи в освоении новой системы получения клинкера по сухому способу СЦЗ был награжден орденом Октябрьской Революции.

Спасский цемент был одним из лучших, экспортируемых из СССР. В сентябре 1974 года государственная комиссия присвоила ему Знак качества.

Количество выпускаемого цемента росло из года в год, но все равно он был в дефиците. Уже в начале 1960-х годов в Приморье началось обсуждение о строительстве более мощного цементного завода. Его планировалось разместить в поселке Заводском под Артемом, так как с 1958 года там начал работать огромный завод железобетонных изделий. Но простая причина – отсутствие квалифицированных кадров, изменила эти намерения.

Новоспасский цементный завод (НСЦЗ) начали строить в 1971 году на южной окраине Спасска-Дальнего. Это было огромное событие и грандиозное по размаху строительство, объявленное всесоюзной комсомольской стройкой. Возводить гигант строительной индустрии прибыли три тысячи рабочих со всех уголков страны. Двадцать девять проектных институтов СССР готовили рабочие чертежи и конструировали оборудование. Его изготавливали на двести сорока девяти заводах, в том числе во Франции, ФРГ, США и Японии.

Новому заводу предстояло стать гигантом строительной индустрии. Для него специально конструировалось уникальное оборудование. Всего две печи имели производственную мощность 2,3 миллиона тонн цемента в год! Важной его особенностью стало использование высокопроизводительных крупных агрегатов на всех этапах производства. Впервые в стране здесь была установлена мельница «Аэрофол».

НСЦЗ стал одним из самых прогрессивных и технически совершенных предприятий цементной промышленности СССР. Первый цемент на заводе был изготовлен 30 сентября 1976 года.

В 2000 году состоялось второе рождение Новоспасского цементного завода, который возобновил свою работу после многолетнего простоя. Коллектив начал выпускать специальные виды цемента для дорожных и аэродромных покрытий, сульфатостойких, сульфатостойких тампонажных, безусадочный, для гидротехнического строительства. Потребителями продукции стали Приморский, Хабаровский края, Амурская область, большие объемы продукции пошли в европейские районы России. Спасский цемент применялся при изготовлении платформ международного проекта «Сахалин-2».

С 2000 года НСЦЗ вступил в эпоху глобальной модернизации. На предприятии активно внедряется оборудование лучших мировых производителей, обеспечивающее высокое качество продукции, усовершенствуется технология, улучшаются условия труда.

Качество спасского цемента соответствует российским и американским стандартам, имеет сертификаты. Разработка и внедрение новой продукции проходит в тесном сотрудничестве с ведущими научными отраслевыми институтами. С 2014 года завод АО «Спасскцемент» перешел на новый стандарт по цементу ГОСТ 31108-2003 (на данный момент 31108-2016) и уже начал отпуск продукции по данному ГОСТу.

Чтобы гарантировать потребителю высокое качество своей продукции, в 1999 году АО Спасскцемент совместно с ЗАО НТЦ начало разработку системы менеджмента качества, и уже в 2000 году система была сертифицирована Американским нефтяным институтом. Ежегодно на предприятии проходит международный аудит, в ходе которого проверяется соответствие требованиям стандарта ISO 9001:2015. Система менеджмента качества помогает высшему руководству АО Спасскцемент более гибко реагировать на потребности рынка и удовлетворять потребности и ожидания потребителей цемента.

Политика в области качества АО «Спасскцемент» на 2021 год
  
Сообщения о проведении общих собраний акционеров
 
Раскрытие информации эмитентом ценных бумаг на сайте информационного агентства, уполномоченного федеральным органом исполнительной власти по рынку ценных бумаг на осуществление распространения информации, раскрываемой на рынке ценных бумаг
 
Раскрытие информации о передачи электроэнергии

Приморский край, г.Спасск-Дальний, 692239, ул. Цементная, 2

Строительная отрасль «зеленеет» благодаря цементу / +1

Фото: istockphoto.com

Ежегодно в мире выпускают более 4 млрд т самого распространенного строительного материала — цемента. На его производство приходится 8% мирового объема выбросов углекислого газа (CO2) — это больше, чем загрязнение атмосферы всеми существующими грузовыми автомобилями. По подсчетам экспертов британской аналитической организации Chatham House (Королевский институт международных отношений), для достижения целей Парижского соглашения по климату цементная промышленность к 2030 году должна сократить углеродные выбросы на 16% ежегодно.

Загрязнение атмосферы при производстве цемента происходит при обжиге известняка. Сырье нагревают в печах с температурой выше 1 400 °C, в результате содержащийся в породе углерод (C) соединяется с кислородом (О), образуя CO2. По данным Европейской ассоциации производителей цемента (European Cement Association), тонна строительного материала «ответственна» за 0,5 т выбросов углекислого газа.

Для сокращения воздействия на окружающую среду некоторые архитекторы, застройщики, девелоперы внедряют в строительной отрасли экологичные технологии и придерживаются принципов устойчивого развития. Как отмечает издание The New York Times, в последние десятилетия представители индустрии, стремившиеся снизить углеродный след зданий, сосредоточились на сокращении потребления энергии за счет повышения эффективности систем освещения, отопления и других. Затем они стали обращать внимание не только на выбросы, связанные с эксплуатацией, но и на углеродный след, образующийся при производстве и транспортировке строительных материалов.

«Люди все лучше понимают, как возникают последствия глобального потепления. Бетон отвечает за непропорционально большую их часть», — считает глава нью-йоркской консалтинговой фирмы Building Product Ecosystems Аманда Камински.

Цемент составляет около 15% бетонной смеси, выступая в ней в роли вяжущего вещества, которое скрепляет между собой остальные компоненты (песок, гравий, воду). Еще до того, как экологический фактор приобрел значимость, технологи экспериментировали с составом бетона и старались сократить количество цемента в нем. Как напоминает The New York Times, это было связано с высокой ценой компонента из-за энергоемкого производства. Во второй половине XX века часть цемента начали заменять летучей золой, образующейся при сжигании угля на угольных электростанциях, а также шлаками — отходами от производства стали. В последние годы этот состав начали позиционировать как более экологичный. Однако вывод из эксплуатации угольных электростанций и спад производства привели к дефициту летучей золы и шлака и повысили их стоимость. Производители бетона вновь столкнулись с необходимостью поиска альтернативных смесей.

Экологичные альтернативы

Попытку сделать производство бетона более экологичным предприняла канадская CarbonCure Technologies. Компания разработала технологию впрыскивания сжиженного углекислого газа в бетон во время смешивания. Метод не только позволяет удерживать парниковый газ, но и делает бетон более прочным, сокращая необходимость в большом количестве цемента. Технология уменьшает выбросы углерода на 5–7%, ее используют на 225 заводах в США.

Фото: Matt Artz / Unsplash.com

В 2019 году группа ученых из Массачусетского технологического института (MIT) изобрела технологию производства цемента, которая способна устранить проблему углеродных выбросов. Она основана на использовании электролиза. Измельченный известняк растворяют в кислоте, из раствора на одном электроде выделяется углекислый газ, а на другом — выпадает в осадок гидроксид кальция (гашеная известь). На следующей стадии вещество перерабатывают в цемент. По словам одного из изобретателей, профессора MIT Йет-Мин Чанга (Yet-Ming Chiang), способ экологичный и очень дешевый, он стоит около 13 центов за кг продукта — меньше, чем бутылка воды. При этом строительный материал не теряет в качестве.

«Ожидается, что к 2060 году количество зданий по всему миру удвоится, что эквивалентно строительству одного нового Нью-Йорка каждые 30 дней», — предупредил Йет-Мин Чанг.

Чтобы экологизировать производство цемента, в MIT также предлагают возобновляемые источники энергии заменять на «зеленое» электричество, а CO2 собирать и использовать в других областях. Например, для создания альтернативного топлива, газированных напитков или сухого льда.

По данным статистического агентства Statista, абсолютным мировым лидером по производству цемента за 2015–2019 годы был Китай. В 2019 году в стране произвели 2,2 млн тонн строительного материала. С 2000 по 2018 год парниковые выбросы от производства цемента в Китае выросли более чем в три раза — с 244 млн т до 782 млн т в год, в Индии — с 46 млн т до 125 млн т, в России — с 15 млн т до 21 млн т. Сократить выбросы от цементной промышленности удалось Японии, Германии и Испании.

Автор

Тамара Муллаходжаева

• США: производство цемента в 2020 г.

• США: производство цемента в 2020 г. | Статистика

Пожалуйста, создайте учетную запись сотрудника, чтобы иметь возможность отмечать статистику как избранную. Затем вы можете получить доступ к своей любимой статистике через звездочку в шапке.

Зарегистрироваться

Пожалуйста, авторизируйтесь, перейдя в «Мой аккаунт» → «Администрирование».Затем вы сможете пометить статистику как избранную и использовать оповещения о личной статистике.

Аутентификация

Сохранить статистику в формате .XLS

Вы можете скачать эту статистику только как Премиум пользователь.

Сохранить статистику в формате .PNG

Вы можете скачать эту статистику только как Премиум пользователь.

Сохранить статистику в формате .PDF

Вы можете скачать эту статистику только как Премиум пользователь.

Показать ссылки на источники

Как пользователь Premium вы получаете доступ к подробным ссылкам на источники и справочной информации об этой статистике.

Показать подробности об этой статистике

Как пользователь Premium вы получаете доступ к справочной информации и подробностям о выпуске этой статистики.

Статистика закладок

Как только эта статистика обновится, вы немедленно получите уведомление по электронной почте.

Да, сохранить как избранное!

….и сделать мою исследовательскую жизнь проще.

Изменить параметры статистики

Для использования этой функции требуется как минимум одиночная учетная запись .

Базовая учетная запись

Знакомство с платформой

У вас есть доступ только к базовой статистике.
Эта статистика не включена в вашу учетную запись.

Однозначный аккаунт

Идеальный счет входа для отдельных пользователей

  • 7 Мгновенный доступ
  • Статистика мгновенного доступа до 1 м.
  • Скачать в XLS, PDF & PNG Формат
  • Подробные Список литературы

$ 59 $ 39 / месяц *

в первые 12 месяцев

Корпоративный счет

Полный доступ

Корпоративное решение со всеми функциями.

* Цены не включают налог с продаж.

Самая важная статистика

Самая важная статистика

Самая важная статистика

Самая важная статистика

Самая важная статистика

Самая важная статистика

Дополнительные статистические данные

Узнайте больше о том, как Statista может помочь вашему бизнесу.

Геологическая служба США. (5 февраля 2021 г.). Производство цемента в США с 2010 по 2020 год (в миллионах метрических тонн) [График]. В Статистике. Получено 14 января 2022 г. с https://www.statista.com/statistics/219343/cement-production-worldwide/

Геологическая служба США. «Производство цемента в США с 2010 по 2020 год (в миллионах метрических тонн)». Диаграмма. 5 февраля 2021 г. Статистика. По состоянию на 14 января 2022 г. https://www.statista.com/statistics/219343/cement-production-worldwide/

Геологическая служба США.(2021). Производство цемента в США с 2010 по 2020 год (в миллионах метрических тонн). Статистика. Statista Inc.. Дата обращения: 14 января 2022 г. https://www.statista.com/statistics/219343/cement-production-worldwide/

Геологическая служба США. «Производство цемента в США с 2010 по 2020 год (в миллионах метрических тонн)». Statista, Statista Inc., 5 февраля 2021 г., https://www.statista.com/statistics/219343/cement-production-worldwide/

Геологическая служба США, Производство цемента в США с 2010 по 2020 г. (в миллионах метрических тонн) Statista, https://www.statista.com/statistics/219343/cement-production-worldwide/ (последнее посещение 14 января 2022 г.)

Закладка фундамента цементной промышленности с нулевым выбросом углерода

Являясь ключевым компонентом бетона, цемент является неотъемлемой частью нашей повседневной жизни. На самом деле, это второй по потреблению продукт в мире после питьевой воды, и он используется почти во всем, что мы строим — от домов и городских пейзажей до дамб и дамб. В то же время он также вносит основной вклад в глобальные выбросы CO 2 .

Как ученые, так и правительства призывают к ужесточению целевых показателей выбросов парниковых газов (ПГ) по мере того, как последствия изменения климата становятся все более очевидными. В последнее время цель сместилась с удержания повышения температуры ниже 2,0 градусов по Цельсию на 1,5 градуса по Цельсию, при этом более 77 страны взяли на себя обязательство добиться нулевого уровня выбросов к 2050 году. Дополнительным давлением на отрасль является пандемия COVID-19, которая сильно ударила по отрасли, подорвав спрос из-за неопределенности в отношении того, насколько глубоким будет спад и сколько времени займет восстановление.

Хотя неясно, как будут развиваться дебаты о климате, достижение таких целей к 2050 году будет особенно сложной задачей для цементной промышленности, поскольку большая часть выбросов CO является результатом неизбежного химического процесса, известного как кальцинирование. В отличие от других отраслей, которые могут продвинуться дальше, разработка новых технологий обезуглероживания цемента может быть не масштабируемой в течение многих лет. Тем не менее, наше исследование показывает, что в принципе к 2050 году отрасль может сократить свои выбросы на уровне 2017 года более чем на три четверти.

Учитывая его эксплуатационные характеристики и широкую доступность известняка, цемент (и, следовательно, бетон), вероятно, останется предпочтительным строительным материалом во всем мире. Однако на местном уровне его доля может уступить место более устойчивым альтернативным материалам, таким как кросс-клееная древесина (CLT). Другие изменения, в том числе более активное информационное моделирование зданий (BIM) и модульное строительство, могут еще больше снизить потребление цемента, фактически сократив спрос, несмотря на общий рост строительной активности.Таким образом, экономический рост и декарбонизация представляют собой серьезные взаимосвязанные задачи. Парадоксально, но, возможно, COVID-19 может ускорить реакцию отрасли на эти фундаментальные структурные тенденции. По мере того, как игроки решают проблемы неопределенного спроса, у них есть возможность сбросить стратегии: определить наилучший путь к декарбонизации, оценить цифровые и технологические достижения, в которые можно инвестировать, и переосмыслить свои продукты, портфели, партнерские отношения и методологии строительства — области, которые мы рассмотрим позже. .Дальновидные игроки могут получить возможность совершить прорыв и стать лидерами отрасли.

Мы стремимся предоставить людям с ограниченными возможностями равный доступ к нашему веб-сайту. Если вам нужна информация об этом контенте, мы будем рады работать с вами. Пожалуйста, напишите нам по адресу: [email protected]

Изменение климата и цементная промышленность: исходный уровень

Только на цементную промышленность приходится около четверти всех отраслевых выбросов CO , и она также производит наибольшее количество выбросов CO на доллар дохода (Иллюстрация 1).Около двух третей этих общих выбросов являются результатом прокаливания, химической реакции, которая происходит, когда сырье, такое как известняк, подвергается воздействию высоких температур.

Экспонат 1

Мы стремимся предоставить людям с ограниченными возможностями равный доступ к нашему веб-сайту. Если вам нужна информация об этом контенте, мы будем рады работать с вами. Пожалуйста, напишите нам по адресу: [email protected]

Цемент действует как связующее вещество между заполнителями (мелкими и крупными породами) при формировании бетона.Хотя цемент составляет лишь небольшой процент смеси (примерно 12 процентов по объему), он почти исключительно отвечает за возникающие выбросы CO . В процессе производства цемента сырье нагревается до высоких температур в печи в ходе энергоемкого процесса, известного как пирообработка (Иллюстрация 2). В результате получается клинкер, небольшие комки каменистого остатка, которые измельчаются в порошок и объединяются с другими ингредиентами для производства цемента.

Экспонат 2

Мы стремимся предоставить людям с ограниченными возможностями равный доступ к нашему веб-сайту.Если вам нужна информация об этом контенте, мы будем рады работать с вами. Пожалуйста, напишите нам по адресу: [email protected]

Давление на обезуглероживание цементной промышленности быстро возрастает не только со стороны общества, но и со стороны инвесторов и правительств. Фактически, в настоящее время правительства все чаще запрашивают оценку воздействия на окружающую среду, прежде чем принимать решение о выделении финансирования. Поскольку общественное внимание к выбросам CO усиливается, сохраняется риск того, что производители цемента могут быть «пристыжены», подобно нефтегазовым или горнодобывающим компаниям в прошлом.

Возможные пути декарбонизации

У компаний есть несколько вариантов обезуглероживания цемента. Наш анализ оптимистично показывает, что выбросы CO могут быть сокращены на 75 процентов к 2050 году (Иллюстрация 3). Однако лишь небольшая часть (около 20 процентов) будет получено за счет операционных достижений, а оставшаяся часть должна быть получена за счет технологических инноваций и новых горизонтов роста.

Экспонат 3

Мы стремимся предоставить людям с ограниченными возможностями равный доступ к нашему веб-сайту.Если вам нужна информация об этом контенте, мы будем рады работать с вами. Пожалуйста, напишите нам по адресу: [email protected]

Эксплуатационные достижения, такие как меры по повышению энергоэффективности, уже в значительной степени реализованы, а потенциал сокращения выбросов за счет альтернативных видов топлива и замены клинкера ограничен уменьшением доступности исходных материалов. Таким образом, более инновационные подходы, такие как новые технологии и альтернативные строительные материалы, будут незаменимы для достижения целей по сокращению выбросов углерода к 2050 году.Тем не менее, наиболее многообещающие рычаги с точки зрения потенциала сокращения выбросов все еще находятся в стадии разработки и только опробованы или реализованы в небольшом масштабе (см. врезку «Глубокое погружение в рычаги декарбонизации»).

Поскольку разработка таких технологий, как улавливание, использование и хранение углерода (CCUS) и отвержденный углеродом бетон, может занять до десяти лет, инвестиции должны быть сделаны как можно скорее. Наша кривая затрат на снижение выбросов (Рисунок 4) оценивает затраты на несколько крупномасштабных инвестиций для сокращения выбросов CO на одну тонну (на основе предполагаемых будущих затрат, цен CO и объемов снижения выбросов).Отрицательные затраты на сокращение выбросов, например, для заменителей клинкера, означают выгоду для производителя, а не снижение затрат.

Экспонат 4

Мы стремимся предоставить людям с ограниченными возможностями равный доступ к нашему веб-сайту. Если вам нужна информация об этом контенте, мы будем рады работать с вами. Пожалуйста, напишите нам по адресу: [email protected]

Затраты на снижение загрязнения указаны в диапазоне, поскольку точная цена товаров зависит от региональной и будущей доступности.Например, по мере того, как металлургический и энергетический секторы активизируют свои усилия по декарбонизации, доступность заменителей клинкера, таких как пылевидная топливная зола (зольная пыль) и гранулированный шлак, будет уменьшаться. То же самое относится и к биомассе, спрос на которую, вероятно, будет расти со стороны других отраслей.

В связи с тем, что затраты на снижение выбросов, связанные с некоторыми рычагами, превышают цены CO , производители цемента сталкиваются с дилеммой: общественность и финансовые инвесторы оказывают давление на необходимость быстрого снижения выбросов, хотя для этого нет экономического обоснования.Мало того, что экономика кажется далекой от звездной, но необходимые инвестиции должны быть направлены на меры по снижению затрат для производителей цемента, чтобы сохранить свою долю стоимости в более широкой строительной отрасли.

В целом ожидается, что будущие выбросы CO в 2050 году будут соответствовать мировому спросу, слегка увеличившись до 2,9 ГтCO 2 (Иллюстрация 5). Региональные различия сохранятся, и потенциал их сокращение будет варьироваться в зависимости от региона из-за подходов к регулированию в конкретных странах, различных потребностей в потреблении и различных уровней, на которых местные отрасли реализуют меры по обезуглероживанию.

Экспонат 5

Мы стремимся предоставить людям с ограниченными возможностями равный доступ к нашему веб-сайту. Если вам нужна информация об этом контенте, мы будем рады работать с вами. Пожалуйста, напишите нам по адресу: [email protected]

Например, Китай выиграет от снижения спроса (примерно на 45 процентов), и следует ожидать, что в ближайшие десятилетия он применит как операционные достижения, так и технологические инновации для декарбонизации.Юго-Восточная Азия и Индия приступили к разработке политики, направленной на содействие усилиям по декарбонизации. В 2012 году правительство Индии внедрило рыночный механизм повышения энергоэффективности, в котором более Участвуют 85 цементных заводов. Однако урбанизация и экономическое развитие в этих регионах, а также связанный с этим рост спроса могут свести на нет эти усилия.

Хотите узнать больше о нашей химической практике?

Контроль со стороны инвесторов и давление регулирующих органов с целью сокращения выбросов углерода на рынках Европы и Северной Америки, вероятно, усилится.Амбициозный «Зеленый курс» Европейского союза и его исчерпывающий пакет мер, включая введение механизма корректировки углеродных границ для цемента, могут сократить выбросы углерода во всем регионе. В Северной Америке усилия по декарбонизации продвигаются через инициативы на уровне штата и страны, такие как реализация в Канаде в 2019 году программы поддержки ценообразования на выбросы углерода.

Следующая норма: переосмысление цементной промышленности

Декарбонизация цементной промышленности требует решения двух стратегических задач.Во-первых, компаниям необходимо будет определить наилучшие пути к декарбонизации за счет операционных достижений и технологических инноваций, а также новых горизонтов роста. Во-вторых, им нужно будет разработать портфель для нового горизонта роста, который использует возможности по всей цепочке создания стоимости «устойчивого строительства».

Операционные достижения

Опираясь на десятилетия усилий по повышению эффективности, традиционные рычаги сокращения выбросов могут сократить выбросы примерно на одну пятую к 2050 году.Промышленность может добиться этого сокращения за счет использования большего количества заменителей клинкера, снижения энергоемкости за счет более эффективного использования оборудования и повышения эффективности оборудования. Утилизация отработанного тепла (побочного продукта машин или процессов, использующих энергию) также может обеспечить безуглеродное электричество.

Еще одним рычагом повышения эффективности является расширенная аналитика. Один европейский производитель цемента добился 6-процентной экономии топлива, создав самообучающиеся модели теплового профиля печи и оптимизировав форму и интенсивность пламени печи.Будущие цементные заводы смогут обойти конкурентов, объединив цифровые технологии и более экологичные операции. Наконец, использование альтернативных видов топлива, таких как отходы и биомасса, для замены ископаемых видов топлива, многолетняя тенденция в отрасли, может сократить выбросы почти на 10 процентов к 2050 году.

Ничто из этого не будет легким. Поставки биомассы варьируются в зависимости от региона, и за них борются другие отрасли. Заменители клинкера тоже ограничены. Природные пуццоланы (например, вулканическая порода и пепел) еще не оценивались в масштабе.А побочные продукты промышленности, которые служат альтернативой клинкеру, такие как летучая зола от угольных электростанций и шлак от сталеплавильных доменных печей, могут оказаться в дефиците, поскольку энергетическая и сталелитейная промышленность обезуглероживают и производят меньше отходов.

Технологические инновации

Инновации будут иметь решающее значение для достижения устойчивого потенциала цементной промышленности, и уже появляются многообещающие возможности. Например, один стартап использует меньшую долю известняка в своем цементе, что приводит к меньшему количеству технологических выбросов и выбросов топлива; процесс этой компании также фиксирует дополнительный CO 2 , который добавляется до отверждения бетона.Добавление CO делает бетон более прочным и снижает количество необходимого цемента. В бетоне, отвержденном углеродом, также может использоваться CO , улавливаемый при производстве цемента. Сегодняшние методы могут улавливать до 5 процентов CO , образующегося в процессе производства, но новые технологии могут улавливать от 25 до 30 процентов. Такие продукты, как углеродсодержащий бетон, позиционируемые по-другому, могут принести «зеленую премию», потенциально давая компаниям преимущество среди покупателей, заботящихся об окружающей среде, и большую ценовую власть.

На горизонте технологии CCUS. Хотя зачастую они являются дорогостоящими и, возможно, (на данный момент) более подходящими для производства более ценных продуктов, таких как сталь, а не цемент, к 2050 году они могут сократить выбросы более чем вдвое. В настоящее время проводится ряд пилотных проектов по улавливанию углерода после сжигания, проводимых крупными производителями цемента. Другие компании тестируют кислородное сжигание, многообещающую, но дорогую технологию, которая приводит к высоким концентрациям CO в дымовых газах, что, в свою очередь, позволяет почти полностью улавливать углерод.

В конечном счете, для извлечения выгоды из технологий и инноваций потребуются дополнительные инвестиции, а также изменение мышления для компаний, которые слишком привыкли к существующему положению вещей. Многие производители цемента не привыкли полагаться на партнерские отношения или работать в экосистемах, которые являются второй натурой в других отраслях. При сроках внедрения инноваций от пяти до десяти лет эти компании вскоре могут оказаться в ситуации, когда им предстоит играть в догонялки.

Новые горизонты роста

Устойчивое развитие в конечном итоге может стать катализатором, который подтолкнет отрасль к поиску роста за счет новых бизнес-моделей, партнерских отношений и подходов к строительству.Бетон на основе цемента останется предпочтительным строительным материалом во всем мире, но цепочки создания стоимости «устойчивого строительства», вероятно, появятся на региональном и местном уровнях, что потребует переориентации многих корпоративных портфелей.

В Соединенном Королевстве, например, переработанный материал из отходов строительства и сноса все чаще используется для замены заполнителей в бетоне. Производители цемента не спешили использовать эту возможность, уступив бизнес по переработке отходов местным строительным компаниям.Между тем, на других рынках традиционный цемент может конкурировать с улучшенным вариантом — энергетически модифицированным цементом (ЭМС), который выделяет меньше углерода и требует меньше энергии для производства. EMC уже использовался (в сочетании с традиционным цементом) для различных проектов в Техасе.

Помимо цемента и бетона существуют и другие возможности. Альтернативные строительные материалы и другие подходы, вероятно, будут играть важную роль в обезуглероживании цементной промышленности, хотя остается большая неопределенность в отношении того, насколько они сократят выбросы.Например, CLT уже используется на ряде рынков и поддерживается репутацией экологически чистого материала. Если примерно 10 процентов цемента будет заменено CLT, выбросы углерода будут сокращаться на 750 миллионов тонн в год (около 2 процентов глобальных выбросов).

Дополнительные новые пулы стоимости включают сборные и модульные дома, которые включают производство за пределами площадки, и BIM. Большая прозрачность означает меньше отходов и, вероятно, уменьшение необходимого количества цемента или бетона.Действительно, цифровые технологии одновременно поддерживают усилия цементной промышленности по обезуглероживанию и способствуют решению проблем ее роста.

Начало работы

Компании, которые надеются возглавить усилия по декарбонизации отрасли, должны определить наилучший путь вперед, использовать правильные технологические достижения и переосмыслить свои продукты, портфели и партнерские отношения. Тем не менее, принятие решений об инвестициях в текущие активы останется сложной задачей. Возможные решения включают построение кривой снижения выбросов, определение различных сценариев и создание дорожной карты, позволяющей принимать решения на основе результатов различных сценариев.

Двойная систематическая оценка вариантов декарбонизации может обеспечить прозрачность существующих рычагов и ускорить развертывание при одновременном внедрении инноваций в сотрудничестве с другими отраслями или секторами. Это включает в себя оценку конкретных предприятий и создание тепловых карт и кривых снижения выбросов, а также оценку партнерства местных экосистем со стартапами, другими участниками производственно-сбытовой цепочки или государственными учреждениями.

Климатическая математика: какой путь займет 1,5 градуса

Чтобы понять изменения в пулах стоимости, производители цемента должны разработать видение будущего целевого портфеля и последствий бизнес-модели, чтобы отразить ценность решений для устойчивого строительства.Промышленность останется местным бизнесом; следовательно, остается необходимость строить этот перспективный микрорынок за микрорынком. Оттуда результаты должны быть подняты, а сквозные возможности, такие как устойчивый бетон, должны быть приоритетными.

Успех такой стратегии, однако, зависит от способности лидеров добиться изменения мышления в масштабах всей организации, которое способствует переосмыслению текущего способа работы. Поэтому руководителям следует рассмотреть наилучшие способы поощрения всей организации на пути к декарбонизации.


Производители цемента приближаются к моменту истины. Такие проблемы, как обезуглероживание, постоянное нарушение цепочки создания стоимости и конкуренция со всей лоскутной игрой игроков строительной экосистемы, становятся все более значительными. При правильном подходе обезуглероживание и переосмысление могут идти рука об руку: точно так же, как автопроизводители все чаще рассматривают свою роль в обеспечении мобильности, а не просто в производстве автомобилей, цементные компании также могут заниматься предоставлением строительных решений. По мере того как климатические нагрузки усиливаются, а продажи традиционного цемента и бетона сталкиваются с угрозами, сочетание нового мышления, инноваций и новых бизнес-моделей будет иметь решающее значение для обеспечения прибыльного и более экологичного будущего.

У цемента есть проблема с углеродом. Вот несколько конкретных решений.

Крупнейшие загрязнители углекислым газом не всегда громко афишируют этот факт. На самом деле, одна из отраслей с наихудшим воздействием на климат практически игнорируется, хотя ее продукция буквально поддерживает наше существование. Я говорю о цементной промышленности, которая ежегодно выбрасывает в воздух более 2 миллиардов тонн углерода для производства вездесущего строительного материала, что примерно в три раза больше, чем в авиационной промышленности.

Чем объясняется этот потрясающий углеродный след? Чтобы произвести цемент, нужно нагреть известняк почти до 1500 градусов по Цельсию. К сожалению, самый эффективный способ разогреть печь для обжига цемента — это сжигать много угля, на который, наряду с другими источниками энергии из ископаемого топлива, приходится 40 процентов потребляемой энергии. выбросы отрасли. В конце концов, известняк распадается на оксид кальция (также известный как известь) и выделяет CO2, который попадает прямо в атмосферу, что составляет еще 60 процентов выбросов в отрасли.

Хорошей новостью является то, что нет недостатка в идеях, как уменьшить значительный углеродный след цемента. Плохая новость заключается в том, что большинство из них либо находятся в зачаточном состоянии, либо сталкиваются со значительными препятствиями на пути к усыновлению. Поскольку наше временное окно для предотвращения катастрофических изменений климата становится все меньше, нам нужны крупные инвестиции в новые технологии и изменения в том, как работает цементная промышленность. Но больше всего нам нужно, чтобы политики осознали тот факт, что у цементной промышленности есть проблема с климатом.Пришло время конкретных решений.

Приготовление зеленого цемента

Один из самых простых способов сократить выбросы углерода при производстве цемента — найти более чистое топливо, способное нагреть цементную печь. Сегодня доступны некоторые альтернативы ископаемому топливу, такие как древесина, сельскохозяйственные отходы и даже автомобильные шины. Несмотря на то, как звучит последнее утверждение, Джереми Грегори, исполнительный директор Центра устойчивого развития бетона в Массачусетском технологическом институте, говорит, что отработанные шины могут быть «отличным источником энергии», а цементные печи — один из наиболее эффективных способов их утилизации.

В будущем у нас могут быть гораздо более чистые варианты. В проекте отчета, опубликованном в октябре, описаны некоторые новые технологии производства промышленного тепла, необходимого для производства цемента, включая использование водородного топлива или электрических нагревателей, работающих на возобновляемых источниках энергии. Эти методы еще не готовы к использованию в прайм-тайм, но с дальнейшим развитием сжигание покрышек для поддержания готовности цементных печей может стать причудливой сноской в ​​истории.

Даже если мы найдем идеальную безуглеродную альтернативу углю, это решит лишь часть проблемы цемента.Пока известняк превращается в известь, выделяется CO2. Эта известь вступает в реакцию с глиной внутри печи, образуя вещество, известное как «клинкер», которое затем смешивают с небольшим количеством гипса и измельчают в порошок, называемый «обычным портландцементом», что является отраслевым стандартом. Портландцемент смешивают с водой, песком и гравием для образования бетона, каменистого материала, используемого для изготовления фундаментов зданий, дорог, дамб и многих других важнейших элементов современной инфраструктуры.

Что, если бы производители могли уменьшить количество клинкера, необходимого для производства цемента? Тогда им не нужно было бы готовить так много известняка, и процесс выделял бы меньше углерода. Цементная промышленность в целом уже сократила долю клинкера в своем продукте с более чем 90 процентов в 1990 году до почти 65 процентов сегодня, добавляя в рецептуру замещающие ингредиенты, такие как побочные продукты угольных электростанций и выплавки чугуна и стали. Но есть еще больше возможностей для совершенствования, поскольку новые составы разрабатываются научно-исследовательскими лабораториями, стартапами и крупными компаниями.

Одним из особенно многообещающих рецептов является цемент из кальцинированной глины с известняком, более известный как LC3. Разработанный около пяти лет назад в исследовательском институте EFPL в Швейцарии, LC3 представляет собой формулу, в которой клинкер сокращается почти вдвое за счет добавления кальцинитовых глин и известняка, которые дешевы и часто встречаются в изобилии. Цемент LC3 также можно варить при гораздо более низких температурах. Взятые вместе, эти два преимущества, по оценкам, позволяют сократить выбросы углекислого газа на 30 процентов по сравнению с портландцементом.Рецепт уже был коммерциализирован, но пока не применяется в больших масштабах из-за множества барьеров, включая негибкие отраслевые стандарты и опасения по поводу того, как новые смеси будут сохраняться в долгосрочной перспективе.

Даже лучше, чем низкоуглеродистый цемент, был бы тот, который высасывает углерод из воздуха. Сегодня большинство цементных порошков затвердевают или «отвердевают» путем добавления воды, но несколько компаний, в первую очередь Solidia из Нью-Джерси, создают цементы, которым для затвердевания необходимо поглощать CO2.Solidia утверждает, что каждая метрическая тонна производимого ею цемента может поглотить 240 кг газов, вызывающих потепление климата. А поскольку СО2 упаковывается в искусственный камень, его хранение практически постоянно.

Пока цементы «углеродного отверждения» являются нишевым продуктом. Они, как правило, дороже, чем традиционный цемент, и для их затвердевания часто требуется особая атмосфера, обогащенная СО2. Тем не менее Элла Адлен, исследователь Оксфордской школы Мартина, считает эту технологию «огромной возможностью».Ранее в этом месяце Адлен выступил соавтором обзорной статьи в журнале Nature, в которой было обнаружено, что при дальнейшем совершенствовании углеродного отверждения и массовом расширении эта технология может помочь компенсировать более миллиарда тонн выбросов углерода цементной промышленностью в год к 2050 году.

Есть еще один последний инструмент, который, вероятно, будет необходим, чтобы вывести цементные заводы на полный путь к нулевому выбросу углерода: улавливание, использование и хранение углерода (CCUS), набор технологий для всасывания CO2 из потока отходящих газов завода и подачи его по трубопроводу в какая-то емкость для хранения.Может быть, это ваша новая кустарная водка — или, возможно, парниковый газ можно использовать для производства цемента с углеродным отверждением. Небольшие демонстрации CCUS проводятся на цементных заводах в Бельгии и Норвегии, а в сентябре Dalmia Cement объявила о своих планах построить крупнейший на планете завод по производству цемента с улавливанием углерода в штате Тамил Наду, Индия. Когда этот объект будет введен в эксплуатацию, он сможет поглощать полмиллиона тонн CO2 в год.

Проблема масштаба

Разработка новых технологий производства цемента — это только полдела в борьбе с выбросами углерода при производстве цемента.Другая половина заключается в поиске способов использовать меньше цемента.

Сегодня в мире ежегодно производится 4 миллиарда тонн цемента, или около 1200 фунтов на каждого живого человека. По мере того как все больше людей переезжает в города, развивающиеся страны модернизируют свою инфраструктуру и мир переходит на новые энергетические системы, ожидается, что наш аппетит к цементу будет только расти. К 2050 году мы сможем производить около 5 миллиардов тонн цемента в год.

«Как и во всем, что касается изменения климата, наиболее важным аспектом проблемы является ее масштаб», — сказала Ребекка Делл, отраслевой стратег ClimateWorks.«Если бы цемент был нишевым материалом, это не было бы проблемой».

Решение проблемы может потребовать изменения общепринятых методов строительства. Делл сказал, что в строительных проектах часто заливают больше бетона, чем необходимо, потому что это дешевая форма армирования, которую можно использовать для быстрого выполнения работы. Новые методы строительства, такие как 3D-печать, могут значительно сократить количество таких отходов. Так же возможна дальнейшая цифровизация процесса строительства — например, использование передовых компьютерных моделей для точного определения того, сколько цемента необходимо для того, чтобы здание соответствовало желаемым спецификациям.

Нам также необходимо проектировать конструкции, которые прослужат дольше и их будет легче перепрофилировать для новых целей, — сказал Джереми Грегори, исполнительный директор центра устойчивого развития бетона в Массачусетском технологическом институте.

«Когда дело доходит до зданий, мы обычно не сносим их, потому что они разрушаются», — сказал Грегори. «Обычно мы сносим их, потому что они вышли из моды или не нужны». Чем дольше мы сможем использовать старые здания, тем меньше новых нам придется строить и тем меньше цемента нам потребуется для производства.

Потенциальные выгоды для климата от более рационального использования цемента значительны. В отчете за 2018 год было обнаружено, что в Европейском союзе строительный сектор мог бы сократить свой углеродный след на треть к 2050 году, если бы здания были спроектированы так, чтобы использовать меньше материалов, служить дольше и их было бы легче перепрофилировать; если строительный мусор сократился; и если больше цемента было переработано.

Ускорение изменений

Делл сказала, что она «очень уверена» в том, что у нас есть технические ноу-хау, чтобы сократить выбросы углерода в цементной промышленности, если мы этого захотим.

«Трудность гораздо больше связана с тем, можем ли мы организовать нашу политику и наши рынки так, чтобы это было вознаграждено», — сказала она. — На самом деле это намного сложнее.

В мире цемента доминируют несколько крупных производителей, конкурирующих на глобальном товарном рынке, который очень чувствителен к небольшим колебаниям цен. Любая компания, которая добровольно решит изменить свой процесс производства цемента, берет на себя огромный риск: она может получить продукт более низкого качества или слишком дорогой для продажи.Возможно, поэтому неудивительно, что большинство компаний не очень стараются.

В отчете, опубликованном в прошлом году организацией Transition Pathway Initiative, были рассмотрены 21 крупнейший в мире производитель цемента, и было обнаружено, что менее половины из них установили какие-либо цели по выбросам. Из 11 компаний, предоставивших некоторые данные о выбросах за несколько лет, только две сокращали выбросы углекислого газа достаточно быстро, чтобы соответствовать цели Парижского соглашения по ограничению глобального потепления до 2 градусов по Цельсию.

Чтобы изменить эту кальцинированную отрасль, необходимо вмешательство на национальном и международном уровнях.Правительства могли бы создать правила, которые предписывают новые стандарты эффективности для цементных заводов и вознаграждать компании, которые делают шаг вперед, например, с помощью таких стимулов, как налоговая льгота США на 45 кварталов за улавливание углерода. Они могли бы помочь создать новые рынки для чистого цемента, установив стандарты закупок, такие как Закон о покупке чистой Калифорнии, который устанавливает ограничения на воздействие на климат определенных строительных материалов, которые разрешено закупать штату. А правительства богатых стран, таких как Соединенные Штаты, могли бы инвестировать значительно больше в разработку технологий чистого цемента следующего поколения и вывод этих технологий на рынок.

Вашингтон постепенно осознает необходимость действий. Еще в сентябре два отдельных комитета Конгресса провели слушания по промышленной декарбонизации. Грегори свидетельствовал на обоих и сказал, что получил «много замечательных вопросов с обеих сторон прохода». Политика в отношении цемента даже несколько раз мимолетно появлялась в платформах президентской кампании 2020 года, в первую очередь в плане вечнозеленой экономики бывшего кандидата в области климата Джея Инсли. Среди прочего, этот план предусматривал федеральную программу «Купи чистый» для цемента и других строительных материалов, более сильные налоговые льготы для заводов, использующих улавливание углерода, и совершенно новое Управление промышленной декарбонизации в Министерстве энергетики.Тем временем кандидаты от демократов Эндрю Янг и Пит Буттиджич призывают к дополнительному федеральному финансированию исследований, направленных на выяснение способов хранения углерода в бетоне или цементе.

«Когда люди думают о борьбе с изменением климата, первое, о чем они думают, — это возобновляемая электроэнергия. Второе — это пассажирские перевозки», — сказал Делл. «Разговор об этих промышленных источниках выбросов далеко не так зрел. Но мы над этим работаем».


Производители цемента разрабатывают план по сокращению выбросов CO2

Одна из крупнейших в мире отраслей промышленности и ведущий производитель выбросов парниковых газов, возможно, наконец-то предпринимает шаги для борьбы с изменением климата.

Недавно Всемирная ассоциация производителей цемента провела свой первый глобальный форум по изменению климата, на котором лидеры отрасли и ученые обсудили стратегии по сокращению углеродного следа отрасли. Это поможет в разработке плана действий по борьбе с изменением климата, который WCA намерена опубликовать в сентябре и который направлен на определение путей производства цемента с низким содержанием углерода.

«Форум по глобальному изменению климата ясно показал важность стимулирования инноваций, если мы хотим надеяться на достижение парижских целей в области климата», — говорится в заявлении Бернара Матье, директора программы WCA по изменению климата.

В то время как отрасли всех видов изучают способы сокращения своего углеродного следа, цементная промышленность — как бы непривлекательно это ни звучало — является одной из наиболее значимых для участия в обсуждении.

Цемент является наиболее широко используемым искусственным материалом из существующих: он образует бетон при смешивании с водой и используется при строительстве всего, от зданий и мостов до дорог и тротуаров и всех видов другой инфраструктуры.

Но в то время как цемент в значительной степени сформировал современную застроенную среду, он также является огромным источником углекислого газа в атмосферу.По оценкам Международного энергетического агентства, на его долю приходится около 7 процентов всех глобальных выбросов углерода. Это делает его вторым по величине промышленным источником выбросов в мире, уступая только черной металлургии.

Это проблема, которой общественность часто не уделяет должного внимания. Но беспокойство среди ученых растет. По некоторым оценкам, по мере роста населения мира производство цемента может увеличиться на целых 23 процента к 2050 году.И некоторые эксперты предполагают, что если отрасль существенно не сократит свои выбросы, это может поставить под угрозу глобальные климатические цели Парижского соглашения.

В апрельском отчете IEA и инициативы по устойчивому развитию производства цемента, возглавляемой отраслью, отмечается, что отрасль в ее нынешнем виде не соответствует траекториям, которые позволили бы миру достичь целевого показателя температуры в 2 градуса Цельсия. Достижение этой цели, говорится в отчете, «предполагает значительно большие усилия по сокращению выбросов от производителей цемента.»

Гонка за решениями

Портландцемент

— наиболее широко используемый тип цемента во всем мире и продукт, указанный во многих современных строительных нормах и правилах, — был запатентован почти 200 лет назад и стал важным компонентом антропогенной среды. По словам Гаурав Сант, профессора гражданской и экологической инженерии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, с тех пор мало что изменилось в производственном процессе.

«Были улучшения в эффективности процессов, но в целом разница невелика», — сказал он E&E News.

Это большая проблема для климата, потому что в процессе выделяется большое количество углекислого газа. Огромный углеродный след отрасли частично связан с ее высокими потребностями в топливе, которые в основном удовлетворяются за счет ископаемого топлива. Но более половины его выбросов — а по некоторым оценкам, возможно, даже две трети — на самом деле связаны с самим процессом химического производства, который выделяет большое количество углекислого газа в качестве побочного продукта.

Портландцемент

производится в основном из известняка, породы, состоящей в основном из химического соединения, называемого карбонатом кальция.По словам эксперта по гражданскому и экологическому строительству Клэр Уайт из Принстонского университета, для производства липкого вяжущего цемента известняк необходимо нагревать до высоких температур — около 1500 °C.

Интенсивный процесс нагрева сам по себе, отметила она, требует огромного количества топлива. Но это также вызывает химическое разложение известняка, оставляя после себя соединение, называемое оксидом кальция, которое используется в конечном продукте цемента, выделяя углекислый газ в атмосферу.

Особая формула, используемая для цемента, и тот факт, что она так долго оставалась неизменной, делает отрасль необычайно сложной, когда речь идет о борьбе с изменением климата. В комментарии, опубликованном в прошлом месяце в журнале Science , оцениваются различные услуги и процессы, которые трудно декарбонизировать. Он отметил, что для решения проблемы с цементом нет единого решения — для этого потребуются различные подходы, включая серьезные изменения как в используемых материалах, так и в самом производственном процессе.

В последние годы эта проблема привлекла внимание крупных международных организаций, некоторые из которых в настоящее время консультируют промышленность по вопросам сокращения выбросов углерода. В апрельском отчете МЭА содержится дорожная карта низкоуглеродных технологий, направленная на сокращение выбросов цементной промышленности на 24 процента к 2050 году. сам цементный продукт.

Исследовательские группы по всему миру уже занимаются многими из этих проблем.Некоторые группы работают над химическими формулами, которые уменьшат количество «клинкера» — вещества, которое требует нагревания известняка, — которое входит в состав цемента.

Уайт, инженер из Принстона, возглавляет университетскую группу устойчивого цемента, которая работает над тем, чтобы полностью исключить потребность в клинкере. Она отметила, что можно производить похожие на цемент продукты, используя вместо этого другие вещества, в том числе переработанные побочные продукты из других отраслей, такие как сталелитейный шлак, летучая зола с угольных установок или определенные типы глин.Обработка этих веществ специальными химическими соединениями, известными как щелочи, «может сделать порошки реактивными, — сказал Уайт, — и мы можем сформировать аналогичные строительные блоки на молекулярном уровне по сравнению с тем, что содержится в портландцементном бетоне».

Тем не менее, есть некоторые споры о том, сколько именно углерода связано с активируемыми щелочью цементами, добавила она, что иногда может затруднить сравнение с портландцементом. Это частично зависит от того, какой именно источник щелочи и в каком количестве используется в процессе, и как далеко должны быть доставлены материалы.По некоторым оценкам, эта практика может снизить выбросы на 40-80 процентов по сравнению с портландцементом, сказал Уайт.

Другие исследователи сосредотачиваются на другой тактике. Сант, инженер Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, участвует в исследовательской группе, разрабатывающей продукт, который они назвали «CO2NCRETE». Процесс основан на «переработке углерода» — использовании выбросов CO2, уловленных в результате промышленной деятельности, для производства похожего на цемент и потенциально углеродно-нейтрального строительного материала. По словам Сэнта, процесс CO2NCRETE уникален, потому что он может использовать захваченные выбросы углерода как есть, без необходимости дополнительной обработки.

Другие эксперты отмечают, что бетон естественным образом поглощает углекислый газ. Это медленный процесс, но в течение десятилетий он сможет поглотить значительное количество выбросов, которые он выбрасывает в атмосферу, в первую очередь за счет нагревания известняка.

В статье 2016 года в  Nature Geoscience  предполагается, что бетон в мире поглощает около 43 процентов этих первоначальных выбросов. Сант отметил, что могут быть некоторые способы ускорить или усилить этот процесс поглощения — это область, на которой сосредоточена его собственная исследовательская группа.

Стивен Дэвис, специалист по системам Земли из Калифорнийского университета в Ирвине, один из авторов статьи Nature Geoscience , а также комментария к статье Science , опубликованного на прошлой неделе, отметил, что поглощающий потенциал бетона подразумевает, что могут существовать способы сделать производство цемента углеродно-отрицательным.

Если бы, например, все предприятия по производству цемента были оснащены технологиями улавливания и хранения углерода, то можно было бы предотвратить попадание значительного количества выбросов, производимых на месте, в атмосферу.Позже произведенный бетон будет поглощать еще больше углекислого газа, что в конечном итоге может привести к «чистому поглощению из атмосферы», сказал он E&E News.

В то время как различные исследовательские группы используют разные подходы, технологическая дорожная карта МЭА предполагает, что достаточно быстрое сокращение выбросов для достижения глобальных климатических целей потребует целого ряда стратегий, работающих вместе. По словам Уайта, это, вероятно, самый успешный подход.

«Могут быть лидеры с точки зрения того, что может помочь или что мы можем использовать в ближайшем будущем, но это не значит, что мы не должны искать более инновационные материалы в будущем», — сказала она.«Это не просто одна технология, на которую нам нужно обратить внимание, чтобы решить проблемы устойчивости, связанные с бетонной промышленностью».

Впереди долгая дорога

Несмотря на растущий интерес к исследованиям и разработкам, существуют препятствия для внедрения решений. Одним из них является отсутствие политических стимулов для убеждения производителей цемента инвестировать в новые технологии.

«Что касается основных производителей, мне не ясно, является ли это очень большим приоритетом», — сказал Дэвис.«У меня нет ощущения, что они считают, что это рынок для потенциальных прорывов».

Ограничение выбросов или системы ценообразования на выбросы углерода являются одними из наиболее часто обсуждаемых решений. Тем не менее, даже там, где такие рамки существуют, могут возникнуть проблемы.

В прошлом Система торговли квотами на выбросы Европейского Союза подвергалась критике за предоставление бесплатных разрешений на выбросы углерода крупным загрязнителям, включая производителей цемента. В недавнем отчете CDP, британской организации, которая выступает за прозрачность воздействия корпораций на окружающую среду, отмечается, что «углеродное регулирование для сектора остается благоприятным, а сектор в Европе продолжает извлекать выгоду из избыточных бесплатных квот.В отчете предполагается, что цены на углерод, возможно, должны вырасти в три-шесть раз, чтобы стимулировать внедрение улавливания углерода и других инновационных технологий.

Есть и другие проблемы. Цементная промышленность — очень консервативный сектор, отметил Сант, и не без оснований. Строительство жизненно важной инфраструктуры, такой как здания и мосты, сопряжено с большим беспокойством по поводу безопасности и большим беспокойством по поводу внедрения новых, менее проверенных материалов.

«Поскольку мы используем этот материал так долго, с ним связано большое доверие пользователей», — сказал Сант.Возможно, это сделало отрасль более устойчивой к инновациям, чем другие.

Государственные регулирующие органы могут быть столь же консервативны, когда речь идет о строительных нормах. По словам Уайта, в США, Европе и многих других развитых странах эти нормы обычно основаны на химическом составе портландцемента. Использование другого продукта для строительного проекта, скорее всего, потребует одобрения соответствующего регулирующего органа, что не всегда легко получить.

«В этой области ведется активная работа, чтобы попытаться предоставить информацию, необходимую организациям, занимающимся кодами, о том, как они могут дополнить коды, чтобы обеспечить больше инноваций в строительных материалах», — сказала она.Это означает, что необходимы новые идеи о том, как сократить выбросы в отрасли, демонстрируя при этом, что эти новые продукты безопасны.

В то время как исследовательский интерес растет, прогресс в частном секторе на данный момент проявляется, но может быть медленным.

В недавнем отчете CDP оценивается готовность 13 крупнейших в мире публичных цементных компаний к переходу на низкоуглеродные технологии. Это говорит о том, что выбросы компаний снижаются в среднем примерно на 1 процент в год.Но в нем отмечается, что этого едва ли достаточно, чтобы идти в ногу с траекториями, соответствующими климатической цели 2C. В отчете также отмечается, что доля инвестиций в исследования и разработки в объеме продаж невелика по сравнению с другими отраслями.

Тем не менее, недавний форум по изменению климата, организованный Всемирной ассоциацией производителей цемента, может свидетельствовать о том, что отрасль начинает настаивать на дополнительных действиях. И разнообразие различных подходов, которые изучают эксперты, может помочь облегчить этот путь.

«Вы не хотите пытаться навязывать изменения в одночасье — вы хотите иметь возможность инсценировать изменения», — сказал Сант.«Вы хотите иметь возможность оценивать пути с низким и высоким риском, чтобы вы действительно создали портфель решений, а не только тот, который подходит для конкретных вещей».

Перепечатано с сайта Climatewire с разрешения E&E News. E&E ежедневно освещает важные новости в области энергетики и окружающей среды на www.eenews.net.

На пути к электрохимическому синтезу цемента — основанный на электролизе процесс декарбонизации CaCO3 с получением полезных газовых потоков

Abstract

Производство цемента в настоящее время является крупнейшим промышленным источником выбросов CO 2 , на долю которого приходится ~8% (2.8 Гт/год) глобальных выбросов CO 2 . Глубокая декарбонизация производства цемента потребует устранения как выбросов CO 2 в результате разложения CaCO 3 до CaO, так и выбросов в результате сжигания ископаемого топлива (преимущественно угля) при обжиге (∼900 °C) и спекании ( ~1450 °С). Здесь мы демонстрируем электрохимический процесс, в котором используется электролиз нейтральной воды для создания градиента pH, в котором CaCO 3 декарбонизируется при низком pH, а Ca(OH) 2 осаждается при высоком pH, одновременно производя O высокой чистоты. газовая смесь 2 /CO 2 (молярное соотношение 1:2 при стехиометрическом режиме) на аноде и H 2 на катоде.Мы показываем, что твердый продукт Ca(OH) 2 легко разлагается и реагирует с SiO 2 с образованием алита, основной вяжущей фазы в портландцементе. Электрохимическое прокаливание дает концентрированные газовые потоки, из которых CO 2 можно легко отделить и изолировать, H 2 и/или O 2 можно использовать для выработки электроэнергии с помощью топливных элементов или камер сгорания, O 2 можно использовать в качестве компонента кислородного топлива в цементной печи для повышения эффективности и снижения выбросов CO 2 , или отходящие газы могут использоваться для других процессов с добавленной стоимостью, таких как производство жидкого топлива.Анализ показывает, что если бы водород, произведенный реактором, сжигать для нагрева высокотемпературной печи, процесс электрохимического цементирования мог бы питаться исключительно от возобновляемой электроэнергии.

Как обсуждалось на коллоквиуме Саклера 2018 г. «Состояние и проблемы в науке по декарбонизации нашего энергетического ландшафта» и в других недавних исследованиях (1⇓⇓–4), глубокая декарбонизация сегодняшней энергетической системы потребует решения не только вопросов производства энергии (24% глобальных выбросов парниковых газов) и транспорт (14% глобальных выбросов парниковых газов), но также и такие трудно поддающиеся обезуглероживанию отрасли, как крупная промышленность, на долю которой сегодня приходится около 21% глобальных выбросов парниковых газов (5).Промышленность использует ископаемое топливо для получения тепла и для запуска химических и термохимических реакций, но может стать менее зависимой от ископаемого топлива, если 1) станут доступными электрические альтернативы и 2) стоимость и надежность возобновляемой электроэнергии будут продолжать улучшаться (6, 7). Рост очень дешевой возобновляемой электроэнергии уже мотивировал поиск электрохимических методов для инноваций в промышленных процессах (1, 8, 9). Среди них электрохимические способы производства цемента до сих пор были ограничены; 1 предыдущий пример представляет собой высокотемпературную электрохимическую декарбонизацию с использованием расплавленных солей, работающих в том же диапазоне температур, что и термические кальцинаторы (10, 11).Здесь мы предлагаем и демонстрируем доказательство концепции электрохимического процесса при температуре окружающей среды, который декарбонатирует CaCO 3 , осаждает твердый Ca(OH) 2 , из которого синтезируются желаемые силикаты кальция, и производит потоки концентрированного газа H 2 и O 2 + CO 2 , которые поддаются улавливанию и секвестрации CO 2 и/или используются в других процессах с добавленной стоимостью (рис. 1).

Рис. 1.

Схема электрохимического цементного завода с низким уровнем выбросов.Реактор электрохимической декарбонизации, работающий от возобновляемого электричества, преобразует CaCO 3 в Ca(OH) 2 для использования в синтезе цемента. Ячейка декарбонизации (рис. 2) использует градиент pH, полученный электролизом в нейтральной воде, для растворения CaCO 3 на кислом аноде и осаждения Ca(OH) 2 , где pH ≥ 12,5. Одновременно на катоде образуется H 2 , а на аноде O 2 /CO 2 . Эти газовые потоки могут выполнять несколько альтернативных ролей в устойчивой производственной системе.CO 2 может быть уловлен непосредственно из изначально концентрированного потока (CCS). Электроэнергия или тепло могут быть получены от H 2 и O 2 с помощью топливных элементов или камер сгорания. Кислородное топливо O 2 /CO 2 можно рециркулировать в печь для более чистого сжигания в цикле спекания цемента. Можно использовать концепции повторного использования и утилизации CO 2 (CO 2 U), такие как использование в EOR или производстве жидкого топлива.

Портландцемент (12) является наиболее широко производимым искусственным материалом в мире, производимым со скоростью 4 миллиарда метрических тонн в год (13).За исключением сельского хозяйства, производство цемента является крупнейшим промышленным источником парниковых газов (за ним следует производство стали), на долю которого сегодня приходится 8% глобальных выбросов парниковых газов (14). Около половины выбросов CO 2 связано с использованием CaCO 3 (как правило, известняка) в качестве ключевого компонента, а остальное в основном связано со сжиганием ископаемого топлива в цементной печи (15). Спрос на цемент растет по мере того, как население мира увеличивается и становится все более городским, а также по мере развития инфраструктуры в странах с развивающейся экономикой (16).Ожидается, что к 2060 году количество зданий на Земле удвоится; это эквивалентно строительству Нью-Йорка каждые 30 дней в течение следующих 40 лет (17). Поскольку каждый килограмм производимого цемента выбрасывает в атмосферу почти 1 кг CO 2 (15), несколько гигатонн CO 2 в год будут выбрасываться из новой инфраструктуры, что подчеркивает безотлагательность обезуглероживания производства цемента.

Текущие усилия по сокращению углеродного следа цемента включают улавливание углерода из дымовых газов, использование альтернативных видов топлива или разработку дополнительных вяжущих материалов (14, 18⇓⇓–21).В настоящее время дымовые газы цементных заводов слишком загрязнены для экономичного улавливания углерода с помощью аминовой очистки; использование альтернативных видов топлива (таких как использованные шины) не уменьшает первичные выбросы от CaCO 3 ; а использование дополнительных материалов в бетоне оказывает ограниченное влияние на выбросы углерода из портландцемента и одновременно может ухудшить физические свойства (14, 19⇓–21). В другом семействе подходов используется цемент для улавливания и секвестрации большего количества CO 2 с получением обогащенного карбонатами цемента или бетонного продукта (22⇓⇓–25).В отличие от вышеупомянутых подходов, мы были заинтересованы в поиске электрохимических подходов, которые потенциально могут производить наиболее широко распространенные и используемые цементы, тем самым сводя к минимуму риск внедрения, и в то же время используя преимущества появляющейся очень дешевой возобновляемой электроэнергии для облегчения как химического и термальные источники CO 2 . Как мы показываем, наш процесс может работать синергетически с другими научными и технологическими инструментами устойчивой энергетической системы, обсуждаемыми на коллоквиуме Саклера, включая ветровую и солнечную электроэнергию, расщепление воды и создание топлива, а также хранение химической и электрической энергии.

В нашем реакторе используются градиенты pH, присущие электролизной ячейке, для проведения декарбонизации CaCO 3 , осаждения и сбора Ca(OH) 2 (рис. 2). Мы показываем, что Ca(OH) 2 , полученный таким образом, который требует меньше энергии для дегидратации до CaO, чем требуется для прокаливания CaCO 3 , легко реагирует с SiO 2 с образованием алита, основной активной фазы. (от 50 до 70% по весу) в портландцементе (12). Практически стехиометрический режим, при котором каждые 2 протона, электролитически образующихся на аноде, генерирующем кислород, декарбонатируют формульную единицу 1 CaCO 3 , демонстрируется в лабораторных масштабах.Мы предлагаем несколько способов интеграции этого реактора электрохимической декарбонизации в цементный завод с низким или нулевым выбросом углерода (рис. 1), включая питание от возобновляемой электроэнергии и использование образующихся газов в любой из нескольких альтернативных функций, таких как 1 ) прямое улавливание и секвестрация изначально концентрированного потока CO 2 , 2) производство электроэнергии или тепла из H 2 (и опционально O 2 ) с помощью топливных элементов или камер сгорания, 3) обеспечение газокислородного топлива для более чистое горение в цикле спекания цемента и 4) производство жидкого топлива.Представлен технико-экономический анализ первого порядка энергопотребления и стоимости топлива такого процесса в зависимости от стоимости возобновляемой электроэнергии.

Рис. 2.

Схема ячейки декарбонизации на базе электролизера. Реакции 1 и 2 представляют собой полуэлементные реакции выделения кислорода и выделения водорода соответственно при близком к нейтральному рН. Реакция 3 – образование воды из составляющих ее ионов. Реакции 4 и 5 представляют собой разложение карбоната кальция с выделением CO 2 ; промежуточные шаги см. в тексте.В реакции 6 гидроксид-ионы в реакции 3 вместо этого идут на образование гидроксида кальция, а протоны протонируют карбонат-ионы (реакция 5). Внизу показана общая реакция, в которой CaCO 3 превращается в Ca(OH) 2 с сопутствующим высвобождением H 2 , O 2 и CO 2 .

Результаты

Наша ячейка для декарбонизации одновременно функционирует как электролизер и химический реактор для преобразования твердого CaCO 3 в твердый Ca(OH) 2 , схематически показанный на рис.2 и продемонстрировано экспериментально на рис. 3 и SI Приложение , рис. С2 и С3. Электролизер, работающий с водой, близкой к нейтральной, имеет следующие анодные и катодные полуэлементные реакции: 2h3O→O2+4H++4e-[1]2h3O+2e-→h3+2OH-.[2] В установившемся режиме электролизер создает градиент pH, который легко визуализируется при добавлении универсального индикатора pH к работающей H-ячейке, как показано на рис. 3 и в фильмах S1 и S2. В таком электролизере H + и OH обычно рекомбинируют с образованием воды: H++OH-→h3O.[3] В нашем реакторе эта реакция заменена реакцией декарбонизации. При добавлении CaCO 3 в кислый раствор, образующийся вблизи анода во время электролиза, происходит химическое обезуглероживание посредством следующей последовательности реакций (26): (K=6×10-9)  CaCO3(s)⇌Ca( водн.)2++CO3(водн.)2-[4](K=2,1×1010)  CO32-+H+⇌HCO3-[5a](K=2,2×106)  HCO3-+H+⇌h3CO3[5b](K= 5,9×102)  h3CO3(водн.) ⇌CO2(г)+h3O.[5c]Растворенный Ca 2+ (уравнение 4 ) направляется к аноду и затем осаждается из раствора в виде Ca(OH) 2 при реакции с ОН ; эта реакция предпочтительна при pH выше 12.5:Ca2++2OH-→Ca(OH)2.[6]Сумма электрохимических и химических реакций, протекающих в клетке: 2CaCO3(s)+4h3O(l)→2Ca(OH)2(s)+2h3( g)+O2(g)+2CO2(g).[7] Мы определяем стехиометрическую работу этого реактора как условие, при котором каждые 2 моля протонов, образующихся во время электролиза (уравнение 1 ), превращают 1 моль CaCO 3 на 1 моль Ca(OH) 2 , как показано в уравнении. 7 ; это представляет собой максимально возможный выход и кулоновскую эффективность. При стехиометрическом режиме соотношение образующихся газов также определяется уравнением. 7 : каждый моль Ca(OH) 2 давал результаты в виде образования 1 моль H 2 на катоде и 1 моль O 2 и 2 моль CO 2 на аноде.

Рис. 3.

Покадровые изображения H-клеток декарбонизации с использованием платиновых электродов и 1 M NaNO 3 в деионизированной воде в качестве электролита. Каждая ячейка содержит несколько капель красителя-индикатора pH, цветовая шкала которого показана внизу. ( A E ) Ячейка, содержащая порошок CaCO 3 в анодной (левой) камере и без пористого разделителя между камерами.Электролиз при напряжении ячейки 2,5 В (ток ~ 6 мА) дает цветовой градиент, показывающий кислый раствор на аноде (слева) и щелочной раствор на катоде (справа). Тщательное изучение поперечной трубы показывает расслоение растворов, связанное с конвекцией, обусловленной плотностью. ( F I ) Ячейка декарбонизации, в которой пористые волокнистые сепараторы используются в обеих камерах для ограничения конвекции, а источник порошка CaCO 3 содержится в съемной чашке, чтобы можно было контролировать потерю веса.Обратите внимание на отсутствие стратификации. ( J ) Ca(OH) 2 осаждается в поперечной трубке после 12 часов электролиза при высоком напряжении ячейки 9 В для ускорения реакции.

Ранее Рау вместе с другими (27⇓⇓–30) предлагал использовать электролитическую декарбонизацию, работающую на возобновляемом электричестве, в качестве средства смягчения закисления океана. Их концепция, в свою очередь, аналогична работе кальциевого реактора, используемого для поддержания щелочности в рифовых аквариумах: CaCO 3 реагирует с кислотой (в случае Рау кислота получается в результате окисления морской воды) с образованием растворенного Ca(HCO). 3 ) 2 и Ca(OH) 2 на катоде.Полученный раствор Ca(HCO 3 ) 2 и Ca(OH) 2 является щелочным и улавливает CO 2 из атмосферы для преобразования CaCO 3 и может быть возвращен в морской водоем для смягчения подкисления. . Здесь, вместо использования электролитической декарбонизации для улавливания CO 2 , мы высвобождаем CO 2 в виде газообразного продукта для улавливания и связывания или использования в других процессах, а также осаждаем Ca(OH) 2 для использования в производство цемента.Обратите внимание, что помимо производства цемента Ca(OH) 2 является важным компонентом в производстве сахара-рафинада, целлюлозы и бумаги, щелочных карбонатов, для очистки сточных вод и в качестве флюса при рафинировании стали (31). Обычно Ca(OH) 2 получают путем гашения CaO, полученного прокаливанием CaCO 3 ; с помощью нашего реактора декарбонизации Ca(OH) 2 можно было бы производить непосредственно для этих применений, обеспечивая при этом прямое улавливание произведенного CO 2 .

Для проверки предложенной схемы была построена серия лабораторных реакторов с Н-элементами. На рис. 3 A E показаны цейтраферные изображения реактора, собранного с платиновыми электродами и использующего электролит, состоящий из 1 М NaNO 3 в дистиллированной воде, к которому добавлено несколько капель универсального рН-индикатора. . Цветовая шкала, соотносящая цвет с рН, показана внизу рисунка. Анодная камера содержит порошок CaCO 3 и, в отличие от ячейки на рис.3 F J пористый разделитель между камерами не используется. Первоначально на рис. 3 A желтый оттенок показывает, что pH электролита ∼6 везде, кроме непосредственно над слоем порошка CaCO 3 , где фиолетовый оттенок показывает, что частичное растворение карбоната повысило pH до >10. На рис. 3 B E показана ячейка в разное время после начала электролиза в потенциостатических условиях (напряжение ячейки 2,5 В, ток ~6 мА).Цветовые градиенты показывают, что с течением времени развивается более крутой градиент рН, достигая более экстремальных значений рН в каждой камере, что согласуется с реакциями полуклеток (уравнения 1 и 2 ). Однако внимательное изучение раствора внутри поперечной трубки показывает отчетливое расслоение с кислым (розовым) раствором вверху и щелочным (фиолетовым) раствором внизу, что мы приписываем разнице в плотности между двумя растворами. Видео S1 показывает развитие градиента pH и слоистых слоев жидкости в этой ячейке с течением времени.В этой конфигурации ячейки наблюдалось осаждение Ca(OH) 2 по всей длине ячейки, в том числе непосредственно на катоде из платиновой проволоки, который он в конечном итоге пассивирует. Как показано в SI Приложение , рис. S1, пассивация приводит к резкому падению тока ячейки после нескольких часов работы.

На рис. 3 F I показана камера той же конструкции, но с разделителем из пористой бумаги, расположенным в месте пересечения каждой камеры с поперечной трубкой для ограничения конвекции.Кроме того, источник порошка CaCO 3 в этой ячейке содержится в съемной чашке, так что растворение CaCO 3 в зависимости от времени можно было измерить путем извлечения и взвешивания оставшегося порошка (после сушки). Обратите внимание на отсутствие стратификации; при отсутствии конвективного перемешивания ячейки могли работать более 12 ч без пассивации катода Ca(OH) 2 ( SI Приложение , рис. S1). В этой ячейке щелочной раствор диффундирует через ячейку равномерным фронтом, и при стационарной работе pH в поперечной трубке достаточно высок, чтобы осаждение Ca(OH) 2 происходило преимущественно между сепараторами, где он легко собраны для анализа.Обратите также внимание, что в этой конфигурации pH вокруг анода гораздо менее кислый (т. е. нет розового оттенка), и фактически желтый цвет указывает на pH ~ 6. Это важно, потому что 6 приблизительно соответствует pH, при котором HCO 3 и CO 2 (водн.) находятся в равновесии. Наблюдение предполагает, что практически все протоны, образующиеся в реакции выделения кислорода (уравнение 1 ), расходуются в результате реакции с ионом карбоната (уравнение 5 ). Мы подтверждаем это с помощью независимых измерений, обсуждаемых позже.Кроме того, состав выходящих газов был подтвержден методом газовой хроматографии.

Используя конструкцию ячейки на рис. 3 F I , мы собрали значительное количество белого осадка на пористом бумажном сепараторе непосредственно перед катодом, как показано на рис. 3 J . После высушивания с помощью порошковой рентгеновской дифракции (XRD) было подтверждено, что осадок состоит преимущественно из Ca(OH) 2 с небольшим количеством CaCO 3 (6%, на основе уточнения Ритвельда) (рис.4 А ). Анализ Брунауэра-Эммета-Теллера (БЭТ) показал, что осадок имеет удельную поверхность 0,8 м 2 /г. Примесь CaCO 3 могла образоваться при воздействии на Ca(OH) 2 воздуха при подготовке образцов для XRD или когда часть растворимого HCO 3 депротонирует при контакте с OH до реформа CaCO 3 . Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) показывает, что частицы Ca(OH) 2 кристаллизуются с 3 различными характерными масштабами длины.Наиболее крупные изолированные кристаллиты (рис. 4 B ) имеют размеры в десятки микрометров и имеют морфологию гексагональной призмы, характерную для Ca(OH) 2 (32). Следующими по шкале размеров являются агрегаты гораздо более мелких кристаллитов, имеющих размеры в несколько микрометров (рис. 4 C и D ), но схожей морфологии гексагональной призмы. Наконец, существуют преципитаты с округлой морфологией конкреций, которые при большем увеличении обнаруживают кристаллиты субмикронного размера (рис.4 E и F ). Появление 3 различных морфологий осадков Ca(OH) 2 свидетельствует о том, что условия зародышеобразования и роста сильно различаются в реакторе. Происхождение этих вариаций является темой для будущих исследований. Однако практически все полученные частицы имеют размеры менее 90 мкм, типичные для сырьевых смесей при производстве цемента (12). Анализ состава с помощью энергодисперсионного рентгеновского анализа ( SI, Приложение , рис. S2) не показал примесей выше фонового уровня в Ca(OH) 2 , за исключением следовых количеств Na, вероятно, в результате использования соли Na, используемой в электролит реактора.Таким образом, настоящий подход, по-видимому, способен производить мелкие частицы Ca(OH) 2 высокой чистоты.

Рис. 4.

Ca(OH) 2 порошок, полученный в реакторе декарбонизации. ( A ) Порошковая дифрактограмма типичного образца; Уточнение Ритвельда показывает 94% Ca(OH) 2 и 6% CaCO 3 . ( B F ) СЭМ-изображение показывает кристаллиты Ca(OH) 2 трех масштабов длины. ( B ) Крупнейшие кристаллиты Ca(OH) 2 имеют размеры в десятки микрометров и характерную форму гексагональной призмы.( C ) Агрегаты более мелких кристаллитов Ca(OH) 2 , показанные при большем увеличении на D , имеют аналогичную морфологию гексагональной призмы, но имеют микрометровые размеры. ( E ) Ca(OH) 2 с округлой морфологией узелков, которые при большем увеличении ( F ) показывают кристаллиты субмикрометрового размера.

Была проведена серия экспериментов для определения кулоновской эффективности реактора по сравнению со стехиометрическим пределом.В каждом эксперименте реактор с H-ячейкой собирали со свежим электролитом, используя 1 М соли NaClO 4 или NaNO 3 и такое же начальное количество порошка CaCO 3 . Реактор работал в потенциостатическом режиме (3,5 В) в течение времени от 1 до 14 ч, после чего чашу, содержащую CaCO 3 , извлекали из реактора, сушили и взвешивали для получения количества CaCO 3 , потерянного для химическое растворение. Результаты 13 экспериментов представлены на рис.5 в виде молей растворенного CaCO 3 по отношению к прошедшим кулонам (верхняя абсцисса), полученному путем интегрирования тока за время эксперимента, и газовому эквиваленту H 2 (нижняя абсцисса), рассчитанному в предположении, что скорость электролиз равен току ячейки (т.е. отсутствуют побочные реакции). Красная пунктирная линия на рис. 5 представляет стехиометрическую реакцию, в которой каждые 2 протона, образующихся на аноде в реакции выделения кислорода, протонируют 1 ион карбоната.Планки ошибок для каждой точки данных соответствуют совокупной ошибке взвешивания, основанной на точности весов. Метод наименьших квадратов по всем точкам данных дает отношение скорости химической реакции к скорости электролиза 0,85 по сравнению с максимальным значением 1. Это демонстрирует, что высокая кулоновская эффективность возможна даже при использовании неоптимизированного реактора лабораторного масштаба. . Для обоих электролитов самые длительные данные (крайние правые точки данных) показывают падение эффективности, которое другие эксперименты ( SI Приложение , рис.S1) предполагает пассивацию катода Ca(OH) 2 при длительном времени работы реактора. Обратите внимание, что некоторые точки данных лежат выше линии максимальной теоретической эффективности. Мы связываем это отклонение с некоторой непреднамеренной потерей CaCO 3 во время извлечения чашки, содержащей CaCO 3 , из реактора. Мы также попытались непосредственно измерить количество Ca(OH) 2 , произведенного в этих экспериментах, но не смогли восстановить весь Ca(OH) 2 , осажденный в клетках (например,г., со стенок клеток) или для эффективного удаления всего осадка на бумажном сепараторе. Ясно, что можно сконструировать более совершенные реакторы, в которых лучше контролируются конвекция и химические градиенты и в которых осажденный Ca(OH) 2 собирается более эффективно, в том числе непрерывно. Такие усовершенствования конструкции реактора выходят за рамки данной статьи. Даже в этом случае нынешняя эффективность близка к термической эффективности обычной установки для предварительного обжига цемента, которая декарбонизирует около 90% поступающего CaCO 3 .

Рис. 5.

Кулоновский КПД реактора декарбонизации, измеренный по результатам 13 экспериментов, каждый из которых начинался со свежесобранной Н-элементной ячейки типа, показанного на рис. 2. График потери массы CaCO 3 из-за растворения в зависимости от общего пропущенного заряда через систему (верхняя абсцисса) и эквивалентные моли водорода, произведенного на катоде (нижняя абсцисса), рассчитанные в предположении, что весь ток идет на электролиз. Красная пунктирная линия представляет собой стехиометрическую реакцию, дающую максимальную эффективность преобразования на основе заряда, а черная пунктирная линия представляет собой аппроксимацию данных методом наименьших квадратов, наклон которой соответствует ~85% кулоновской эффективности.

Продемонстрировав эффективность предлагаемого реактора декарбонизации, мы обратили внимание на оценку пригодности его твердого продукта Ca(OH) 2 в качестве предшественника портландцемента. Наиболее распространенным минералом в портландцементе, составляющим от 50 до 70% по массе, является алит, 3CaO·SiO 2 . Были приготовлены смеси порошков Ca(OH) 2 и мелкодисперсного порошка SiO 2 , а также контрольный образец из покупного порошка CaCO 3 , смешанного с тем же SiO 2 , в молярном соотношении 3:1 алита. соотношение.Смешанные порошки подвергались термообработке в широком диапазоне температур. На рис. 6 A и B показаны рентгенограмма и СЭМ-изображение смеси Ca(OH) 2 + SiO 2 после нагревания до 600 °C в течение 2 ч на воздухе. В отличие от CaCO 3 , который не разлагается до 898 °C (при 1 атм. здесь уже разложился до CaO при обжиге при 600 ° C, хотя CaO еще не прореагировал с SiO 2 с образованием алита.После нагревания в течение 2 часов при температуре 1500 °C, типичной для цементной печи, и охлаждения путем отключения питания печи смесь прореагировала с образованием низкотемпературного полиморфа алита T1 (ICSD:4331), как показано рентгенографией. узор на рис. 6 C . Известно, что полиморфизм алита зависит от природы и количества примесей в сырье, а также от скорости охлаждения от температуры печи (33). В то время как высокотемпературные полиморфы М1 и М2 чаще получают в коммерческих процессах, полиморф Т1, полученный нами в медленно охлажденных образцах, считается именно вяжущим (33⇓–35).На рис. 6 D показано, что частицы алита, полученные из наших предшественников, имеют размер менее 30 мкм, что соответствует диапазону, требуемому для коммерческих портландцементов (12). На рис. 6 E и F показаны карты состава кальция и кремния, из которых очевидна однородность состава алита. На рис. 7 A и B показаны рентгенограмма и СЭМ-изображение соответствующей смеси CaCO 3 и SiO 2 после нагревания до 600 °C в течение 2 ч на воздухе, а на рис.7 C и D показывают результаты после нагревания до 800 °C в течение 2 часов на воздухе. При 600°C значительного разложения не произошло, тогда как при 800°C CaCO 3 разложился до CaO, но реакция на алит не началась. После нагревания до 1500 °C в течение 2 ч (рис. 7 E и F ) рентгенограмма показывает, что образовалась фаза алита. Однако остается некоторое количество непрореагировавшего СаО, 6% согласно уточнению Ритвельда спектров XRD. СЭМ-изображение на рис.7 F при сравнении с фиг. 6 D показывает, что алиты, производные Ca(OH) 2 — и CaCO 3 -, в конечном счете, достигают сходной морфологии частиц и размеров. Эти результаты показывают, что электрохимически полученный Ca(OH) 2 из нашего реактора декарбонизации является подходящим предшественником для синтеза основной гидратирующей фазы силиката кальция в портландцементе. Более того, из-за тонкой морфологии осадка (по сравнению, например, с молотым известняком) и его более низкой температуры разложения > 300 °C, он, по-видимому, обладает улучшенной реакционной способностью по сравнению с CaCO 3 , что может привести к сокращению времени обжига и/ или температуры, которые снижают потребление энергии на стадии высокотемпературной реакции.

Рис. 6.

Синтез алита 3CaO-SiO 2 с использованием Ca(OH) 2 , полученного в реакторе декарбонизации. ( A ) Рентгенограмма и ( B ) СЭМ изображение смеси Ca(OH) 2 и SiO 2 после нагревания до 600 °C в течение 2 часов на воздухе. Ca(OH) 2 разложился до CaO, но еще не прореагировал с SiO 2 с образованием фазы алита. После обжига при 1500 °C в течение 2 часов ( C ) рентгенограмма показывает однофазный алит, морфология которого показана на СЭМ-изображении D .Карты состава ( E и F ) кальция и кремния соответственно показывают равномерное распределение обоих элементов.

Рис. 7.

Синтез алита с использованием CaCO 3 и SiO 2 показывает более низкую реакционную способность, чем с Ca(OH) 2 . После нагревания до 600 °C в течение 2 ч на воздухе рентгенограмма ( A ) и изображение SEM ( B ) показывают, что CaCO 3 еще не разложился до CaO. После нагревания до 800 °C в течение 2 ч на воздухе рентгенограмма ( C ) показывает, что CaCO 3 разложился до CaO, но еще не прореагировал с SiO 2 с образованием фазы алита.( D ) СЭМ-изображение полученной порошковой смеси CaO и SiO 2 . После обжига до 1500 °C в течение 2 часов на воздухе рентгенограмма ( E ) показывает смесь алита с некоторым остаточным CaO. ( F ) СЭМ-изображение этой не полностью прореагировавшей смеси.

Обсуждение

В дополнение к производству реактивного Ca(OH) 2 , пригодного для синтеза цемента, наш реактор декарбонизации на основе электролиза производит концентрированные газовые потоки H 2 на катоде и O 2 и CO 2 (в мольном соотношении 1:2 при работе с высокой кулоновской эффективностью) на аноде.Эти газы являются важными компонентами широкого спектра устойчивых технологий, которые в настоящее время используются во всем мире и открывают несколько возможных синергий между производством цемента и этими технологиями, которые мы сейчас обсудим.

Улавливание и секвестрация углерода (CCS) на уровне цементного завода до настоящего времени было сосредоточено на улавливании CO после сжигания 2 в сочетании с использованием кислородно-топливного сжигания. Поток O 2 /CO 2 из нашего реактора декарбонизации может сделать эти процессы проще и эффективнее.Улавливание после сжигания относится к технологиям, которые улавливают CO 2 из выхлопных газов печи, таким как кальциевая петля, аминовая очистка и мембранная фильтрация (36⇓–38). Кислородное топливо или сжигание с повышенным содержанием кислорода относится к сжиганию ископаемого топлива (здесь, прежде всего, угля) с кислородом вместо воздуха (37, 39). Кислородное сжигание сначала приводит к повышению эффективности использования топлива, поскольку азот, содержащийся в воздухе, не нужно нагревать. Во-вторых, отсутствие азота обеспечивает более высокие температуры пламени без выделения оксидов азота (NO x ), которые имеют потенциал глобального потепления в 298 раз больше, чем CO 2 в пересчете на массу (40), а также способствуют образованию смога. кислотные дожди и разрушение озонового слоя.В-третьих, дымовой газ от кислородно-топливного сжигания имеет более высокую концентрацию CO 2 и меньшее количество примесей NO x (37, 41), что делает улавливание углерода более эффективным. Таким образом, на цементном заводе, использующем наш реактор декарбонизации, газовая смесь O 2 /CO 2 может использоваться в качестве кислородного топлива в высокотемпературной печи для снижения энергопотребления и выбросов NO x . Среди других преимуществ обогащения кислородом один коммерческий эксперимент с обогащением кислородом от 30 до 35% привел к увеличению производства цемента в печи на 25-50% (42).Кроме того, кислородно-топливное сжигание оказывает незначительное, если не положительное, влияние на качество портландцементного клинкера (39, 43⇓⇓⇓–47).

Концентрация CO 2 в дымовых газах обычных цементных печей составляет ~25% (48). Для химической абсорбции с аминами, наиболее технологически зрелого метода улавливания после сжигания для комбинированного потока (37, 38), увеличение концентрации CO 2 до 60%, как было показано, снижает потребность в тепле, энергию регенерации растворителя и затраты на пар. захвата (49⇓⇓⇓–53).Поток газа из нашей камеры декарбонизации еще выше (67%), что должно сделать аминовую скрубберную очистку более эффективной. Однако большим преимуществом может быть возможность полностью отказаться от дорогостоящих процессов УХУ, таких как аминовая очистка. Поскольку здесь CO 2 поставляется в высококонцентрированной форме, смешанной только с парами O 2 (и некоторым количеством паров H 2 O), прямое улавливание с использованием тех же простых процессов сжатия (54, 55), которые сейчас используются для очищенных и можно использовать концентрированный CO 2 .

Газообразный водород, образующийся на катоде в нашей камере декарбонизации, имеет ценность в качестве сырья для основных отраслей промышленности, таких как производство аммиака и удобрений, переработка нефти и газа и перерабатывающая металлургия, и считается ключевым компонентом разработки технологий, которые могли бы декарбонизировать тяжелые углеводороды. служебный транспорт, авиация и отопление (56, 57). Объединенные газовые потоки также могут быть использованы в процессах утилизации CO 2 , в которых производится жидкое топливо, например в процессах, в которых также используется водород и производятся спирты.

Водород также может быть возвращен в цикл для поддержки процесса цементирования (рис. 1). Его можно сжигать напрямую, чтобы обеспечить тепло или электроэнергию для производства цемента, или потоки газа H 2 и O 2 /CO 2 могут снабжать топливный элемент, который вырабатывает электроэнергию на месте для питания электрохимической установки. реактор или другие операции на заводе, такие как измельчение, смешивание и обработка. При использовании твердооксидного топливного элемента (ТОТЭ) (58), который имеет самый высокий электрический КПД среди всех типов топливных элементов (от 60 до 80%) (59), пагубное воздействие CO 2 на топливные элементы с протонообменной мембраной (60, 61) предотвращается, а типичные рабочие температуры ТОТЭ от 500 до 1000 °C могут легко поддерживаться за счет тепла цементной печи (которая обычно работает при температуре от 1450 до 1500 °C).Одновременно из газового потока O 2 /CO 2 будет удален кислород, что приведет к дополнительной очистке CO 2 и упрощению секвестрации. Обратите внимание, что эта комбинация электрохимического реактора и ТОТЭ создает регенеративный топливный элемент (62), который имеет возможность накапливать энергию, если предусмотрено хранение реагентов, и, таким образом, может сгладить перебои с возобновляемой электроэнергией, используемой для питания цементного завода.

Поток CO 2 , полученный из камеры декарбонизации, также может иметь ценность в приложениях, в которых улавливается CO 2 с повышением цикла.CO 2 уже используется для повышения нефтеотдачи (МУН) (63, 64) и для производства химикатов, таких как мочевина, салициловая кислота, метанол, карбонаты (65), синтетическое топливо (через процесс Фишера-Тропша) (66) , и синтетический природный газ (через реакцию Сабатье) (67). Растет интерес к поиску способов электрохимической или фотохимической реакции CO 2 для создания химических веществ и топлива из уловленного CO 2 с использованием возобновляемой электроэнергии (68). Например, была продемонстрирована образцовая установка, использующая уловленный CO 2 для производства синтетического топлива (69).

Мы также рассмотрели возможность использования электрохимического процесса производства цемента исключительно с использованием возобновляемой электроэнергии. Возможно, наименее капиталоемким способом использования отходящих газов реактора декарбонизации является сжигание для нагрева цементной печи. Мы проанализировали потоки энергии в этой конфигурации; подробности приведены в Приложение SI . Предположим, что реактор декарбонизации работает с кулоновским КПД 85%, электролизер работает с КПД от 60 до 75%, а полученные H 2 и O 2 сжигаются для нагрева печи для спекания с КПД от 60 до 80%. энергия, необходимая для производства 1 кг цемента, равна 5.от 2 до 7,1 МДж. Это предполагает отсутствие энергетической выгоды от замены Ca(OH) 2 на CaCO 3 в процессе высокотемпературного спекания или других потенциальных выгод, таких как снижение капитальных и энергетических затрат на измельчение известняка (учитывая, что эта функция заменена путем химического растворения). При 80% эффективности сжигания H 2 и O 2 , полученных из камеры декарбонизации, вырабатываемая тепловая энергия несколько превышает необходимую для спекания.Если сжигание имеет эффективность только 60%, 90% тепловой энергии, необходимой для спекания, может быть получено из газов электролизера (т. е. требуется около 0,5 МДж/кг дополнительной энергии). Этот дефицит энергии, а также электроэнергии для вспомогательных операций можно было бы восполнить за счет превышения мощности электролизера над стехиометрически необходимой для декарбонизации. Этот анализ показывает, что электрохимический процесс производства цемента с использованием возобновляемых источников энергии не потребует большого количества дополнительной энергии, если таковая потребуется.

Важным связанным с этим вопросом, конечно же, является стоимость электрохимического процесса. Учитывая многочисленные возможные конфигурации, рассмотренные выше, полный технико-экономический анализ выходит за рамки данной статьи. Стоимость жизненного цикла и экономическая отдача для полной системы или любого из ее компонентов зависят от капитальных затрат, эффективности и долговечности, а также от стоимости цемента и газообразных побочных продуктов. Многие факторы стоимости в настоящее время неизвестны; например, стоимость жизненного цикла реактора декарбонизации будет зависеть от его конкретной конструкции и производительности, ни один из которых еще не оптимизирован.Поэтому мы ограничиваем наш технико-экономический анализ сравнением стоимости энергии электрохимического процесса с его угольным аналогом. Оценка цемента от 5,2 до 7,1 МДж/кг для электрохимического процесса действительно превышает энергию, необходимую для обычного процесса цемента в средней печи США, которая составляет 4,6 МДж/кг (70). При цене угля 61 доллар США за тонну (битуминозный уголь) (71) стоимость энергии для традиционного процесса составляет ∼28 долларов США за тонну цемента, что составляет 25% от средней продажной цены цемента в США, составляющей 113 долларов США за метрическую тонну (13). ).Соответствующая стоимость электрохимического процесса, естественно, зависит от цены на электроэнергию и может в некоторых случаях быть нулевой или даже отрицательной, если она получена из возобновляемых источников. Однако при затратах на электроэнергию 0,02, 0,04 и 0,06 долл. США за кВт⋅ч и предположении, что потребность в энергии для электрохимического процесса составляет 6 МДж/кг, что находится в середине нашего расчетного диапазона, стоимость энергии составляет 35, 60 долл. США, и 100 долларов за тонну цемента соответственно. Это говорит о том, что при отсутствии других соображений электрохимический процесс будет конкурентоспособен по стоимости с традиционными заводами (~ 28 долларов США за тонну цемента), если электричество доступно по цене <0 долларов США.02 за кВт⋅ч. Обратите внимание, что оптовая стоимость ветровой электроэнергии в настоящее время составляет 0,02 доллара США за кВт⋅ч или немного ниже на большей части внутренней территории Соединенных Штатов (72). Мы предполагаем, что ветровая электроэнергия будет доступна по этой цене для предлагаемых цементных заводов, например, от расположенной рядом ветряной электростанции.

Однако в этом сравнении затрат не учитываются затраты на улавливание и улавливание углерода, которые для аминовой очистки обычных дымовых газов с цементом оцениваются примерно в 91 доллар США за тонну (50).В смоделированной выше электрохимической последовательности, где электролит H 2 сжигается для нагрева печи, стоимость прямого улавливания CO 2 из потока O 2 /CO 2 , содержащего реактор декарбонизации, должна быть менее 40 долларов США. за тонну (50). Это изменит чистые затраты на энергию в пользу электрохимического процесса в среде, где политика требует восстановления углерода и где доступна недорогая возобновляемая электроэнергия.

Наконец, следует учитывать водоемкость такого процесса на основе электролизера.На каждый килограмм цемента, изготовленного с использованием предлагаемой камеры декарбонизации, потребуется 0,4 кг воды; это означает, что для средней печи в США, производящей 1800 тонн цемента в день, потребуется примерно 760 тонн воды в день. Однако половина этой воды будет извлечена при дегидратации Ca(OH) 2 . Если бы H 2 использовался в качестве топлива для печи, другая половина воды могла бы конденсироваться из дымовых газов. В принципе, вся вода, используемая для электролиза, может быть использована повторно.

Выводы

Мы предлагаем и демонстрируем электрохимический процесс синтеза цемента, в котором CaCO 3 декарбонизируется, а Ca(OH) 2 осаждается в градиенте pH, создаваемом электролизером с нейтральной водой, в то время как концентрированные газовые потоки H 2 и O 2 /CO 2 производятся одновременно.Мелкий порошок Ca(OH) 2 используется для синтеза фазово-чистого алита, основной вяжущей фазы в обычном портландцементе. Концентрированные газовые потоки этого процесса могут синергетически использоваться с другими разрабатываемыми процессами для устойчивых промышленных технологий. Среди нескольких альтернатив CO 2 может быть непосредственно захвачен и изолирован; H 2 и/или O 2 могут использоваться для выработки электроэнергии с помощью топливных элементов или камер сгорания; O 2 можно использовать в качестве компонента кислородного топлива для дальнейшего снижения выбросов CO 2 и NO x из цементной печи; или выходящие газы могут быть использованы для синтеза продуктов с добавленной стоимостью, таких как жидкое топливо.Показано, что наши лабораторные прототипы реакторов декарбонизации способны работать с почти теоретической кулоновской эффективностью, при этом каждые 2 протона, образующихся на аноде во время электролиза, растворяют формульную единицу 1 CaCO 3 . В таких условиях полученный электролитический водород при сгорании может обеспечить большую часть или всю тепловую энергию, необходимую для высокотемпературного спекания цемента. Эти результаты указывают на путь к конкурентоспособному безэмиссионному производству цемента, при котором вся энергия будет поставляться за счет возобновляемой электроэнергии.

Материалы и методы

Декарбонизаторы.

Специально разработанные Н-элементы были изготовлены компанией James Glass, Inc. Электролит представлял собой 1 М NaClO 4 или NaNO 3 (Sigma-Aldrich, ≥98%), растворенный в деионизированной воде. Эти электролиты были выбраны потому, что их кальциевые соли растворимы и не разлагаются при высоком напряжении. Оба электрода были изготовлены из платины: стержень на катоде и проволока на аноде (MW-1032, BASi). Платина была выбрана потому, что она обладает высокой каталитической активностью в отношении выделения водорода и кислорода как в кислоте, так и в щелочи.Альтернативные недорогие материалы для электродов могут включать Ni, Cu или нержавеющую сталь для катода (pH 12,5) и Al, Sn или Pb для анода (pH 6). В анодное отделение добавляли порошок CaCO 3 (Sigma-Aldrich, ≥99%). В качестве пористого сепаратора использовали фильтровальную бумагу (28310-015, задержание частиц 5 мкм; VWR). Потенциостатические эксперименты проводили с использованием потенциостата VMP3 компании Bio-Logic Science Instruments. Все тесты проводились при комнатной температуре.

XRD-характеристика.

Рентгенограммы были получены с использованием PANalytical X’Pert PRO XRPD с использованием Cu-излучения и тета-тета-гониометра с вертикальным кругом радиусом 240 мм.Конфигурация по умолчанию этого прибора — геометрия Брэгга-Брентано с высокоскоростным позиционно-чувствительным детектором X’Celerator с высоким разрешением и использованием предметного столика Open Eulerian Cradle. Данные XRD анализировали с помощью Highscore, версия 4.7.

Характеристика СЭМ.

СЭМ-визуализация и анализ состава образцов проводились с использованием прибора Phenom XL, оснащенного энергодисперсионным рентгеновским детектором (nanoScience Instruments), работающего при ускоряющем напряжении 10 кВ для визуализации и 15 кВ для энергодисперсионного рентгеновского излучения. лучевой спектроскопический анализ.

BET Характеристика.

A Quantachrome Instruments NOVA 4000E (Anton Paar QuantaTech) использовали для выполнения многоточечного БЭТ-анализа удельной поверхности порошка.

Синтез алита.

Электрохимически осажденный Ca(OH) 2 или CaCO 3 (Sigma-Aldrich, ≥99%) смешивали с SiO 2 (99,5%, 2 мкм; Alfa Aesar) в молярном соотношении 3:1. Порошки смешивали в суспензию с этанолом, затем сушили. Полученные хорошо перемешанные порошки прессовали в гранулы.Гранулы помещали в платиновые тигли и нагревали со скоростью 2°С в минуту до 1500°С в муфельной печи (Thermolyne F46120-CM). Температуру поддерживали на уровне 1500 °С в течение 2 ч, затем окатыши охлаждали в печи при отключении питания. Рентгенофазовым анализом было подтверждено, что полученные порошки являются алитами.

Благодарности

Настоящая публикация основана на работе, финансируемой Сколковским институтом науки и технологий (Сколтех), программа «Центр исследований, образования и инноваций для электрохимического хранения энергии» по контракту 186-MRA.Л.Д.Э. выражает признательность за поддержку программы Banting Postdoctoral Fellowships, находящейся в ведении правительства Канады. Мы благодарим Исаака Меткалфа, Натана Корбина, Киндла Уильямса и Картиша Мантирама (Массачусетский технологический институт) за экспериментальную помощь; Мухаммаду Адилу и 24 M Technologies, Inc. за проведение измерений методом БЭТ; и Form Energy, Inc. за предоставление доступа к Phenom XL SEM. В этой работе использовались общие экспериментальные объекты, частично поддерживаемые Программой материаловедения и инженерных центров Национального научного фонда в рамках награды DMR-1419807.

Сноски

  • Вклад авторов: L.D.E. и Ю.-М.К. проектное исследование; L.D.E., A.F.B., M.L.C. и R.J.-Y.P. проведенное исследование; L.D.E., A.F.B. и Y.-M.C. проанализированные данные; и L.D.E., A.F.B. и Y.-M.C. написал бумагу.

  • Заявление о конфликте интересов: Y.-M.C., L.D.E. и A.F.B. являются изобретателями по патентным заявкам, поданным Массачусетским технологическим институтом в отношении определенного предмета статьи.

  • Этот документ является результатом публикации Артура М.Саклеровский коллоквиум Национальной академии наук «Состояние и проблемы декарбонизации нашего энергетического ландшафта», состоявшийся 10–12 октября 2018 г. в Центре Арнольда и Мейбл Бекман Национальной академии наук и инженерии в Ирвине, Калифорния. Коллоквиумы NAS начались в 1991 г. и публикуются в PNAS с 1995 г. С февраля 2001 г. по май 2019 г. коллоквиумы поддерживались щедрым подарком от Дамы Джиллиан и Фонда искусств, наук и гуманитарных наук доктора Артура М. Саклера в память мужа дамы Саклер, Артура М.Саклер. Полная программа и видеозаписи большинства презентаций доступны на веб-сайте НАН по адресу: http://www.nasonline.org/decarbonizing.

  • Эта статья является прямой отправкой PNAS.

  • См. в Интернете соответствующий контент, например комментарии.

  • Эта статья содержит вспомогательную информацию в Интернете по адресу https://www.pnas.org/lookup/suppl/doi:10.1073/pnas.1821673116/-/DCSupplemental.

Производство цемента и выбросы | Norcem

Бетон является самым распространенным строительным материалом в мире.Он настолько гибкий, прочный и практичный, что мы используем невообразимое количество материала по всему миру. Важнейшим ингредиентом бетона является цемент, а общий объем производства цемента в мире в 2016 году составил около 4,2 миллиарда тонн.

Цемент получают дроблением и обжигом известняка вместе с кварцем и сланцем. Смесь нагревают в больших вращающихся печах примерно при 1450 градусов Цельсия. Клинкер измельчают, например, с гипс, и вуаля – цемент.

Norcem AS Kjøpsvik Klinkerkuler

Известняк

Известняк представляет собой карбонатную осадочную породу, состоящую из фрагментов скелета морских организмов, таких как кораллы, фораминиферы и моллюски.Его основными материалами являются минералы кальцит и арагонит, которые представляют собой различные кристаллические формы карбоната кальция (CaCO 3 ).

При нагревании известняка инициируется химический процесс, называемый кальцинацией, при котором CO 2 выжигается из известняка. Большая часть выбросов цементной промышленности приходится на процесс кальцинирования, остальные – на отопление печей и транспортировку. При производстве цемента выделяется большое количество CO 2 , около 1 тонны CO 2 на тонну клинкера.Около 40 % приходится на сжигание топлива, тонкое измельчение и т. д., а 60 % — на обезуглероживание известняка с образованием клинкерных минералов.

Выбросы

Одним из способов сокращения выбросов CO 2  – замена клинкера другими материалами, такими как шлак, известняковая мука, летучая зола, кварцевая пыль и природные пуццоланы. Тип замещающего материала зависит от наличия (количество, цена и транспортные возможности) и, следовательно, зависит от географического положения цементного завода.

Совокупные выбросы от мировой цементной промышленности оцениваются примерно в 5-7 % от общих выбросов CO 2 во всех отраслях и секторах.

Посмотрите, как производится цемент: 

Power Cement ускоряет производство цемента

Правильный выбор поставщика


Для такого флагманского проекта Arif Habib Group требовалось лучшее на рынке оборудование. Строгая процедура оценки нескольких поставщиков, управляемая командой высококвалифицированных консультантов Power Cement, привела к тому, что FLSmidth была выбрана в качестве поставщика оборудования.

  

По словам Кашифа Шаха, Power Cement знала о послужном списке и многолетней репутации FLSmidth, поэтому было естественно рассмотреть предложение компании. Основными оцениваемыми факторами были не только капитальные затраты на тонну произведенного цемента, но и все факторы, влияющие на продуктивную работу: эффективность оборудования, потребление энергии, контроль выбросов и простота обслуживания. Оценка пришла к выводу, что предложение FLSmidth обеспечивает самую низкую совокупную стоимость владения.

  

Однако оценка сводилась не только к экономическим и эксплуатационным факторам. Стремясь предоставить цемент высочайшего качества, Arif Habib Group искала поставщика, чей бренд был построен на качестве.

  

«Нам это было совершенно ясно, — говорит Кашиф Шах. «Мы хотим быть качественным игроком, поэтому нам нужно качественное оборудование, и одной из основных причин выбора FLSmidth было то, что бренд FLSmidth поможет Power Cement создать собственный бренд. «Участие FLSmidth в этом проекте дает нам душевное спокойствие.Что бы они ни взяли на себя, они делают все возможное, чтобы это произошло, преодолевая любые трудности на этом пути».

 

 

Приверженность успешному проекту


Теперь, когда обязательство принято, конечно, ожидается, что все стороны его выполнят. По словам Кашиф Шаха, важность этого проекта невозможно переоценить, поскольку правительство предлагает значительные налоговые льготы для таких проектов развития инфраструктуры — при условии соблюдения сроков.Крайний срок начала коммерческой эксплуатации Power Cement — 30 июня 2019 года, но ожидается, что работы начнутся задолго до этого.

  

И первые признаки хорошие. «Большая часть оборудования уже заказана, первоначальные планы проектирования уже завершены, и мы уверены, что наша проектная группа и FLSmidth будут хорошо работать вместе», — говорит Кашиф Шах.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *