Bæredygtighed
Udvinding af cementmateriale fra havvand, mens kulstof opfanges
Securities.io opretholder strenge redaktionelle standarder og kan modtage kompensation fra gennemgåede links. Vi er ikke en registreret investeringsrådgiver, og dette er ikke investeringsrådgivning. Se venligst vores tilknyttet videregivelse.
Beton er et essentielt materiale i den moderne verden, hvor sand og cement faktisk er blandt verdens mest massive materialeproduktion målt på volumen og vægt.
Kilde: Visual Capitalist
Fremstilling af cement er også en meget energikrævende aktivitet. Det er også næsten udelukkende drevet af fossile brændstoffer, hvilket resulterer i i cementproduktionen er ansvarlig for 8 % af verdens CO2-udledning.
Dette kan sammenlignes med CO2-udledningen fra personbiler og varebiler, som er ansvarlige for 10 % af verdens samlede emissionerSå at gøre beton mere bæredygtig ville have lige så stor effekt som at lave alle verdens biler om til elbiler og udelukkende bruge grøn energi til at drive dem.
En stor del af kulstofemissionerne fra cementfremstilling kommer fra minedrift, nedbrydning, forarbejdning og raffinering af de råmaterialer, der bruges til at producere det. Ligesom kalksten udvindes calciumcarbonat-rige bjergarter (CaCO3) og blandes med ler for at opnå det råmateriale, der bliver til beton.
Der er potentielt en anden kilde til calciumcarbonat på Jorden, som er havvand. Havene indeholder en masse opløste mineraler, med selvfølgelig bordsalt (natrium- og klor-ioner), men også magnesium, calcium, kalium og endda metaller, med især uran, der potentielt en dag kan hentes fra verdenshavene i stedet for uranminer. Opløst CO2 i form af karbonationer er også rigeligt forekommende i havene, hvilket gør dem til et af Jordens mest kraftfulde kulstofdræn.
Forskere fra Northwestern University og CEMEX Innovation Holding AG (Schweiz) undersøger nu, om de kunne udnytte denne havfødte overflod til at producere betonens råmateriale, mens de opfanger CO2 i stedet for at udlede det. De offentliggjorde deres eksperimentelle resultater i Advanced Sustainable Systems1, under titlen "Elektrodeposition af kulstoffangende mineraler i havvand til variable elektrokemiske potentialer og kuldioxidinjektioner".
Vandelektrolyse
Vand (H2O) kan nedbrydes til dets bestanddele af brint og oxygen ved at anvende en kraftig elektrisk strøm, normalt med en slags katalysator for at forbedre hastigheden og effektiviteten af den elektrokemiske reaktion. Dette er grundlaget for grøn brintproduktion, hvor elektriciteten kommer fra vedvarende energi.
Men når man udfører denne procedure med ikke-rent vand, og endnu mere med havvand, reagerer elektrolysereaktionen også med de mineraler, der er opløst i vandet.
Dette er generelt en uønsket reaktion, da det kan skabe aflejringer på elektroderne og aflede energi fra det tilsigtede mål med produktionen af brint.
Imidlertid kan justering af elektrolysebetingelserne gøre denne uønskede biproduktreaktion til en værdifuld ny måde at producere calciumcarbonat på.
Fremstilling af cement fra havvand
Ubegrænset Supplies
Dette er ikke nødvendigvis en ny idé, da CaCO3 samt magnesium fra havvand har et utal af anvendelser i bygge-, fremstillings- og miljøsaneringsindustrien, herunder produktion af beton, cement, puds, malerier og spartelmasser.
Da de store oceaner, der dækker Jorden, ville give en praktisk talt ubegrænset forsyning af dette materiale, er dette blevet betragtet som den mest bæredygtige potentielle kilde til disse materialer.
Indtil videre har blot udforskningen af elektroreduktionen af disse mineraler ikke givet en levedygtig måde at gøre deres produktion fra havvand økonomisk. Det er her, Northwestern University-forskerne bragte et afgørende ekstra skridt: at tilføje CO2 til processen.
Injektion af CO2 i havvand
Fordi havvand er en kompleks blanding af mange mineraler, opstår der et væv af elektrokemiske stoffer på én gang, fra udfældninger af calcium- og magnesiumioner til dannelsen af gips fra sulfater, dannelsen af klor og brintgas, samt en ændring i surhedsgraden omkring hver elektrode.
Injektionen af CO2 tilføjer noget mere kompleksitet, da det sænker havvandets pH. Faldet i pH fra CO2 kompenseres delvist af produktionen af OH− ioner fra den elektriske energi.
Opløsningen eller udfældningen af calciumcarbonat er i sig selv afhængig af vandets surhedsgrad. For den sags skyld er dette et fænomen, der bekymrer forskerne, da atmosfæren bliver rigere på CO2, bliver havene surere.
Hvis den elektriske strøm er kraftig nok, og dermed OH− ionproduktionen, kan den være høj nok til at holde pH over 8.5.
Ved disse surhedsniveauer opfanger de kemiske reaktioner CO2'en og omdanner den til opløste bicarbonationer (HCO3-).
Disse bikarbonationer går derefter videre til at reagere med calcium og udfældes til calciumcarbonat, grundmaterialet til betonproduktion.
Optimering af kulstofbinding
I denne type reaktion vil produktionen af calciumcarbonat, der kan anvendes til cementindustrien, opfange den indsprøjtede CO2 i stedet for at udsende CO2 til atmosfæren.
For ethvert givet niveau af energi, der bruges, eksisterer der en optimal strømningshastighed af indsprøjtet CO2, der minimerer den forbrugte energi, samtidig med at mineralproduktionsudbyttet maksimeres. En koncentration på 0.30 sccm CO2 så ud til at være sådan en sweet spot, hvor et lavere effektniveau stadig resulterer i en høj masse af mineraludfældning.
Oprettelse af et brugbart depositum
Et problem med at omdanne dette koncept til industriel anvendelse er det samme problem, der opstår i calciumcarbonatudfældning under brintproduktion via elektrolyse.
Oftere end ikke vil kalkaflejringen tilstoppe elektrodens overflade, hvilket beskadiger det overordnede system og gør det mindre effektivt over tid.
Imidlertid forårsagede de højere effektniveauer, der blev brugt i dette eksperiment, kombineret med CO2-injektion, yderligere reaktioner, hvilket fik bundfaldet af calciumcarbonat til at løsne sig fra elektroden.
Så samlet set ville denne metode være i stand til at producere karbonatet på en måde, der gør det nemt at opsamle som en mineralaflejring i bunden af tanken, uden at tilstoppe elektroden.
Dyrkning af mineralske krystaller
Afhængig af forholdene dannes forskellige mineraltilslag med forskellige krystalforhold, især calciumcarbonatkrystaller (calcit og aragonit) og magnesiumkrystal (brucit).
Samlet set kan det resulterende materiale være lavet af krystal flere centimeter langt (1-2 tommer) og er også meget porøst.
Sammensætningen, porøsiteten og størrelsen af de tilslag, der er syntetiseret ved hjælp af den foreslåede fremgangsmåde, opfylder gældende standarder for deres anvendelse i materialer som beton.
Konklusion
Samlet set beviser denne publikation, at produktionen af kulstofnegativt cementmateriale ikke kun er en teoretisk mulighed, men en levedygtig mulighed, når der anvendes kulstofinjektion under elektrolyse af havvand.
Andre kritiske parametre, såsom hårdhed og slidstyrke, mangler at blive undersøgt for fuldstændig bekræftelse af, at det resulterende materiale er anvendeligt til byggeprojekter.
Denne proces er i sagens natur skalerbar uden indlysende begrænsninger fra tilgængelighed af sjældne materialer, for stort energiforbrug eller lavt udbytte.
Ved at forestille sig et netværk af indbyrdes forbundne, skalerbare reaktorer har denne tilgang potentialet til at blive implementeret i industriel skala og integreret med eksisterende infrastruktur, såsom kystindustrielle faciliteter.
Yderligere fremskridt i reaktordesignet skulle kunne øge den samlede økonomiske og energieffektivitet, for eksempel ved at optimere elektrodegeometri, materialer og flowdynamik.
I sidste ende kan vandet, hvorfra calciumcarbonatet er blevet udvundet, måske også være et interessant materiale til et sekundært trin i brintgenerering fra havvand, da den lavere ionkoncentration skulle være med til at reducere problemerne forbundet med mineralaflejringer på elektroden.
Investering i bæredygtig cement
CRH Plc
(CRH )
Som en af verdens førende inden for cementproduktion vil CRH være afgørende for at gøre cementbyggeri til en mere bæredygtig industri. Det er den største samlede mængde byggematerialer leveret på både det amerikanske og det europæiske marked.
Virksomheden er aktiv i 28 lande og 3,390 lokationer og beskæftiger 78,500 mennesker, hvor CRH Americas tegner sig for 65 % af sit globale salg.
Kilde: CRH
Virksomheden forventer, at vestlige regeringers robuste forbrug på infrastruktur vil hjælpe med at vokse forretningen. Tendenserne med re-industrialisering og højteknologisk produktion på land bør også hjælpe.
Bæredygtighed
CRH har gjort seriøse fremskridt inden for bæredygtighed med en række initiativer:
- Det er den #1 største genbrugsvirksomhed i Nordamerika med 43.9 millioner tons affald og biprodukter fra andre industrier genanvendt i 2023.
- Det reducerede sine CO2-emissioner med 8 % i 2023, takket være at bruge 36 % alternative brændstoffer i sine cementfabrikker.
- Det sigter mod en reduktion af emissionerne med 30 % inden 2030 (sammenlignet med 2021-emissionerne).
Dette er prisværdigt i sig selv, men kan ses som for lidt, for sent.
Heldigvis er CRH også en drivkraft for mere fundamentale ændringer i branchen. Især det har investeret 75 millioner dollars i lavkulstof-cementvirksomheden Sublime sammen med den europæiske betongigant Holcim.
Sublime systemer blev spundet ud af MIT i 2020 for at bruge en elektrolysator til at producere cement ved omgivende temperaturer, der erstatter energi- og fossilt brændstof-intensive ovne. Det muliggør også brugen af calciumkilder som inputmateriale, hvilket undgår frigivelse af CO2 fra kalksten.
Sublimes første kommercielle anlæg i Holyoke, Massachusetts, forventes at åbne allerede i 2026. Hvis det viser sig at være en succes, kan det blive den virkelige revolution for cementindustrien og bane vejen for skalerbar lavemissionsbeton.
"Sublim er en forstyrrende kraft i cementfremstilling. Dens unikke teknologi går på tværs af hele produktionsprocessen, fra brugen af ren elektricitet til kulstoffrie råmaterialer. Vi er begejstrede for dets potentiale og er glade for at samarbejde om at bringe det på markedet i stor skala. Denne investering er helt i tråd med Holcims strategi om at accelerere dekarboniseringen af byggeriet ved at opskalere de mest innovative teknologier."
Officer Nollaig Forrest – Holcims chef for bæredygtighed
CRH investerede også i andre dekarboniserings- og bæredygtighedsstartups:
- 23.7 millioner euro ind Cool Planet Technologies, udvikling af CO2-opsamlingsløsninger til industrier, der traditionelt har været svære at dekarbonisere.
- $34.7M af CRH og andre investorer i Carbon Upcycling-teknologier, ved at bruge en helelektrisk mineraliseringsløsning til permanent at opbevare CO2 i industrielle biprodukter og mineraler, såsom cement, plast, forbrugerprodukter, gødning og lægemidler.
- AICrete, en 'opskrift-som-en-service'-platform, der arbejder med lokale betonproducenter, optimerer lokale materialer og minimerer mængden af cement, der anvendes ved hjælp af AI-analyser, hvilket reducerer både CO2-aftrykket og omkostningerne ved betonproduktion.
- FIDO AI's Serie B-finansiering er en startup, der bruger AI til at reducere vandforbruget og øge vandbesparelser.
Samlet set er CRH en rentabel leder i betonindustrien og forbereder sig meget aktivt på dekarboniseringen af industrien, både direkte i eksisterende faciliteter og ved at være en primær leverandør af kapital til innovative startups, der skaber den næste generation af cement- og betonproduktionsteknologi.
Senest på CHR
Referencer til undersøgelser:
1. Devi, N., Gong, X., Shoji, D., Wagner, A., Guerini, A., Zampini, D., Lopez, J., & Rotta Loria, AF (2025). Elektrodeposition af kulstoffangende mineraler i havvand til variable elektrokemiske potentialer og kuldioxidinjektioner. Avancerede bæredygtige systemer, 9(3), 2400943. https://doi.org/10.1002/adsu.202400943
