Βιωσιμότητα
Εξαγωγή Υλικού Τσιμέντου από το Θαλασσινό Νερό με Συλλογή Άνθρακα
Το σκυρόδεμα είναι ένα βασικό υλικό στον σύγχρονο κόσμο, με την άμμο και το τσιμέντο να ανήκουν στην πιο τεράστια παραγωγή υλικών παγκοσμίως κατά όγκο και βάρος.
Πηγή: Visual Capitalist
Η παραγωγή τσιμέντου είναι επίσης μια πολύ ενεργοβόρα δραστηριότητα. Επιπλέον, σχεδόν εξ ολοκλήρου τροφοδοτείται από ορυκτά καύσιμα, στην παραγωγή τσιμέντου που ευθύνεται για το 8 % των παγκόσμιων εκπομπών CO2.
Αυτό μπορεί να συγκριθεί με τις εκπομπές CO2 των αυτοκινήτων και βαν, που ευθύνονται για το 10 % των συνολικών παγκόσμιων εκπομπών. Έτσι, η πιο βιώσιμη παραγωγή σκυροδέματος θα είχε αντίκτυπο ίσο με τη μετατροπή όλων των αυτοκινήτων του κόσμου σε ηλεκτρικά οχήματα και την τροφοδοσία τους μόνο με πράσινη ενέργεια.
Μέρος των εκπομπών άνθρακα από την παραγωγή τσιμέντου προέρχεται από την εξόρυξη, θραύση, επεξεργασία και εξευγενισμό των πρώτων υλών που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή του. Όπως ο ασβεστόλιθος, τα πετρώματα πλούσια σε ανθρακικό ασβέστιο (CaCO3) εξορύσσονται και αναμειγνύονται με πηλό για να παραχθεί η πρώτη ύλη που γίνεται σκυρόδεμα.
Υπάρχει ενδεχομένως μια άλλη πηγή ανθρακικού ασβεστίου στη Γη, η οποία είναι το θαλασσινό νερό. Οι ωκεανοί περιέχουν πολλά διαλυμένα μεταλλικά στοιχεία, φυσικά το αλάτι (ιόντα νατρίου και χλωρίου), αλλά και μαγνήσιο, ασβέστιο, κάλιο, ακόμη και μέταλλα, ιδιαίτερα το ουράνιο, που ενδέχεται κάποια μέρα να προέρχεται από τους ωκεανούς του κόσμου αντί για τα ορυχεία ουρανίου. Διπλωμένο CO2 με τη μορφή ιόντων ανθρακικού είναι επίσης άφθονο στους ωκεανούς, καθιστώντας τους έναν από τους πιο ισχυρούς αποθήκες άνθρακα του πλανήτη.
Επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο Northwestern και την CEMEX Innovation Holding AG (Ελβετία) διερευνούν τώρα αν μπορούν να εκμεταλλευτούν αυτήν την θαλάσσια αφθονία για την παραγωγή της πρώτης ύλης του σκυροδέματος, ενώ ταυτόχρονα παγιδεύουν CO2 αντί να το εκπέμπουν. Δημοσίευσαν τα πειραματικά τους αποτελέσματα στο Advanced Sustainable Systems, υπό τον τίτλο “Electrodeposition of Carbon-Trapping Minerals in Seawater for Variable Electrochemical Potentials and Carbon Dioxide Injections”.
Ηλεκτρόλυση Νερού
Το νερό (H2O) μπορεί να διασπαστεί στα συστατικά του, υδρογόνο και οξυγόνο, εφαρμόζοντας ένα ισχυρό ηλεκτρικό ρεύμα, συνήθως με κάποιον καταλύτη για τη βελτίωση της ταχύτητας και της αποδοτικότητας της ηλεκτροχημικής αντίδρασης. Αυτό αποτελεί τη βάση της παραγωγής πράσινου υδρογόνου, όπου η ηλεκτρική ενέργεια προέρχεται από ανανεώσιμες πηγές.
Ωστόσο, όταν εκτελείται αυτή η διαδικασία με μη καθαρό νερό, και ακόμη περισσότερο με θαλασσινό νερό, η αντίδραση ηλεκτρόλυσης αντιδρά επίσης με τα διαλυμένα μεταλλικά στοιχεία στο νερό.
Γενικά, αυτή είναι μια ανεπιθύμητη αντίδραση, καθώς μπορεί να δημιουργήσει καταθέσεις στα ηλεκτρόδια και να αποπροσανατολίσει την ενέργεια από τον προορισμό της παραγωγής υδρογόνου.
Ωστόσο, η ρύθμιση των συνθηκών ηλεκτρόλυσης θα μπορούσε να μετατρέψει αυτήν την ανεπιθύμητη παρενέργεια σε μια πολύτιμη νέα μέθοδο παραγωγής ανθρακικού ασβεστίου.
Παραγωγή Τσιμέντου από Θαλασσινό Νερό
Απεριόριστες Προσφορές
Δεν αποτελεί απαραίτητα νέα ιδέα, καθώς το CaCO3 καθώς και το μαγνήσιο από το θαλασσινό νερό έχουν πολυάριθμες εφαρμογές στις βιομηχανίες κατασκευής, παραγωγής και περιβαλλοντικής αποκατάστασης, συμπεριλαμβανομένης της παραγωγής σκυροδέματος, τσιμέντου, γύψου, χρωμάτων και γεμιστικών.
Καθώς οι εκτεταμένοι ωκεανοί που καλύπτουν τη Γη θα παρείχαν πρακτικά απεριόριστη προμήθεια αυτού του υλικού, θεωρείται η πιο βιώσιμη πιθανή πηγή αυτών των υλικών.
Μέχρι στιγμής, η απλή διερεύνηση της ηλεκτροαναγωγής αυτών των μεταλλών δεν έχει αποδώσει βιώσιμο τρόπο για οικονομική παραγωγή από το θαλασσινό νερό. Εδώ οι ερευνητές του Northwestern University πρόσθεσαν ένα κρίσιμο επιπλέον βήμα: την προσθήκη CO2 στη διαδικασία.
Έγχυση CO2 στο Θαλασσινό Νερό
Επειδή το θαλασσινό νερό είναι ένα σύνθετο μείγμα πολλών μεταλλών, όταν εφαρμόζεται η ηλεκτρόλυση, συμβαίνει ταυτόχρονα ένα πλέγμα ηλεκτροχημικών αντιδράσεων, από την κατακρήμωση ιόντων ασβεστίου και μαγνησίου μέχρι το σχηματισμό γύψου από θειικά άλατα, τη δημιουργία χλωρίου και υδρογόνου, καθώς και μια μεταβολή της οξύτητας γύρω από κάθε ηλεκτρόδιο.
Η έγχυση CO2 προσθέτει περαιτέρω πολυπλοκότητα, καθώς μειώνει το pH του θαλασσινού νερού. Η μείωση του pH από το CO2 αντισταθμίζεται εν μέρει από την παραγωγή ιόντων OH− από την ηλεκτρική ενέργεια.
Η διάλυση ή η κατακρήμωση του ανθρακικού ασβεστίου εξαρτάται από την οξύτητα του νερού. Σε αυτό το πλαίσιο, αποτελεί φαινόμενο ανησυχίας για τους επιστήμονες, καθώς η ατμόσφαιρα γίνεται πιο πλούσια σε CO2, τα ωκεανοί γίνονται πιο όξινοι.
Εάν το ηλεκτρικό ρεύμα είναι αρκετά ισχυρό, και επομένως η παραγωγή ιόντων OH−, μπορεί να είναι αρκετά υψηλή ώστε να διατηρεί το pH πάνω από 8,5.
Σε αυτά τα επίπεδα οξύτητας, οι χημικές αντιδράσεις παγιδεύουν το CO2 και το μετατρέπουν σε διαλυμένα ιόντα βικαρβονικού (HCO3-).
Αυτά τα ιόντα βικαρβονικού στη συνέχεια αντιδρούν με το ασβέστιο και κατακρημνίζονται σε ανθρακικό ασβέστιο, το βασικό υλικό για την παραγωγή σκυροδέματος.
Βελτιστοποίηση της Δέσμευσης Άνθρακα
Σε αυτό το είδος αντίδρασης, η παραγωγή ανθρακικού ασβεστίου κατάλληλου για τη βιομηχανία τσιμέντου θα παγιδεύει το εννεχυμένο CO2 αντί να εκπέμπει CO2 στην ατμόσφαιρα.
Για κάθε δεδομένο επίπεδο ισχύος, υπάρχει ένα βέλτιστο ρυθμό ροής του εννεχυμένου CO2 που ελαχιστοποιεί την κατανάλωση ενέργειας ενώ μεγιστοποιεί την απόδοση παραγωγής του ορυκτού. Συγκέντρωση 0,30 sccm CO2 φαινόταν να είναι το ιδανικό σημείο, όπου χαμηλότερο επίπεδο ισχύος εξακολουθεί να αποδίδει μεγάλη μάζα ορυκτής κατακρήμωσης.
Δημιουργία Χρήσιμης Κατάθεσης
Ένα πρόβλημα στην υλοποίηση αυτής της ιδέας σε βιομηχανική κλίμακα είναι το ίδιο πρόβλημα που εμφανίζεται στην κατακρήμωση ανθρακικού ασβεστίου κατά την παραγωγή υδρογόνου μέσω ηλεκτρόλυσης.
Συχνά, η κατάθεση ασβεστίου θα φράξει την επιφάνεια του ηλεκτροδίου, προκαλώντας ζημιά στο σύστημα και μειώνοντας την αποδοτικότητά του με την πάροδο του χρόνου.
Ωστόσο, τα υψηλότερα επίπεδα ισχύος που χρησιμοποιήθηκαν σε αυτό το πείραμα, σε συνδυασμό με την έγχυση CO2, προκάλεσαν πρόσθετες αντιδράσεις, με αποτέλεσμα το κατακρημνισμένο ανθρακικό ασβέστιο να αποσπάται από το ηλεκτρόδιο.
Συνολικά, αυτή η μέθοδος θα μπορούσε να παράγει το ανθρακικό άλας με τρόπο που να διευκολύνει τη συλλογή του ως μεταλλική κατάθεση στον πάτο του δοχείου, χωρίς να φράζει το ηλεκτρόδιο.
Καλλιέργεια Κρυστάλλων Μετάλλων
Ανάλογα με τις συνθήκες, σχηματίζονται διαφορετικές μορφές ορυκτών αθροισμάτων με διαφορετικές κρυσταλλικές συνθήκες, ιδιαίτερα κρύσταλλοι ανθρακικού ασβεστίου (καλσιτ και αραγωνίτης) και κρύσταλλοι μαγνησίου (βρούσιτ).
Γενικά, το προκύπτον υλικό μπορεί να αποτελείται από κρυστάλλους μήκους αρκετών εκατοστών (1‑2 ίντσες) και είναι επίσης πολύ πορώδες.
Η σύνθεση, η πορώδης δομή και το μέγεθος των αθροισμάτων που συντίθενται με τη προτεινόμενη προσέγγιση πληρούν τα τρέχοντα πρότυπα για τη χρήση τους σε υλικά όπως το σκυρόδεμα.
Συμπέρασμα
Γενικά, αυτή η δημοσίευση αποδεικνύει ότι η παραγωγή υλικού τσιμέντου με αρνητικό αποτύπωμα άνθρακα δεν είναι μόνο θεωρητική δυνατότητα, αλλά μια βιώσιμη επιλογή όταν χρησιμοποιείται έγχυση άνθρακα κατά τη διάρκεια της ηλεκτρόλυσης του θαλασσινού νερού.
Άλλες κρίσιμες παράμετροι, όπως η σκληρότητα και η αντοχή σε τριβή, παραμένουν να διερευνηθούν για πλήρη επιβεβαίωση ότι το προκύπτον υλικό είναι κατάλληλο για κατασκευαστικά έργα.
Αυτή η διαδικασία είναι εγγενώς κλιμακώσιμη, χωρίς προφανείς περιορισμούς από τη διαθεσιμότητα σπάνιων υλικών, την υπερβολική κατανάλωση ενέργειας ή τις χαμηλές αποδόσεις.
Οραματιζόμενοι ένα δίκτυο διασυνδεδεμένων, κλιμακώσιμων αντιδραστήρων, αυτή η προσέγγιση έχει τη δυνατότητα να εφαρμοστεί σε βιομηχανική κλίμακα και να ενσωματωθεί στην υπάρχουσα υποδομή, όπως οι παραλιακές βιομηχανικές εγκαταστάσεις.
Η περαιτέρω πρόοδος στο σχεδιασμό των αντιδραστήρων θα πρέπει να ενισχύσει τη συνολική οικονομική και ενεργειακή αποδοτικότητα, για παράδειγμα βελτιστοποιώντας τη γεωμετρία των ηλεκτροδίων, τα υλικά και τη δυναμική ροής.
Τελικά, το νερό από το οποίο εξάχθηκε το ανθρακικό ασβέστιο θα μπορούσε επίσης να αποτελέσει ενδιαφέρον υλικό για ένα δευτερεύον βήμα παραγωγής υδρογόνου από το θαλασσινό νερό, καθώς η χαμηλότερη συγκέντρωση ιόντων θα πρέπει να βοηθήσει στη μείωση των προβλημάτων που σχετίζονται με τις μεταλλικές καταθέσεις στο ηλεκτρόδιο.
Επένδυση σε Βιώσιμο Τσιμέντο
CRH Plc
(CRH )
Ως ένας από τους παγκόσμιους ηγέτες στην παραγωγή τσιμέντου, η CRH θα διαδραματίσει καθοριστικό ρόλο στην μετατροπή της κατασκευής τσιμέντου σε πιο βιώσιμη βιομηχανία. Είναι η #1 σε συνολικό όγκο κατασκευαστικού υλικού που παρέχεται τόσο στις αγορές των ΗΠΑ όσο και στην Ευρώπη.
Η εταιρεία δραστηριοποιείται σε 28 χώρες και 3.390 τοποθεσίες, απασχολώντας 78.500 άτομα, με τη CRH Americas να συνεισφέρει το 65 % των παγκόσμιων πωλήσεών της.
Πηγή: CRH
Η εταιρεία αναμένει ότι η έντονη δαπάνη των δυτικών κυβερνήσεων σε υποδομές θα βοηθήσει στην ανάπτυξη της επιχείρησής της. Οι τάσεις επανεξέλιξης της βιομηχανίας και η επαναφορά υψηλής τεχνολογίας παραγωγής στη χώρα θα πρέπει επίσης να συμβάλουν.
Βιωσιμότητα
Η CRH έχει σημειώσει σημαντική πρόοδο στη βιωσιμότητα με μια σειρά πρωτοβουλιών:
- Είναι ο #1 μεγαλύτερος ανακυκλωτής στη Βόρεια Αμερική, με 43,9 εκατομμύρια τόνους αποβλήτων και παραπροϊόντων από άλλες βιομηχανίες που ανακυκλώθηκαν το 2023.
- Μείωσε τις εκπομπές CO2 κατά 8 % το 2023, χάρη στη χρήση 36 % εναλλακτικών καυσίμων στα εργοστάσια τσιμέντου.
- Στοχεύει σε μείωση των εκπομπών κατά 30 % έως το 2030 (σε σύγκριση με τις εκπομπές του 2021).
Αυτό είναι αξιέπαινο από μόνο του, αλλά μπορεί να θεωρηθεί πολύ λίγο, πολύ αργά.
Ευτυχώς, η CRH είναι επίσης κινητήριος παράγοντας πιο θεμελιωδών αλλαγών στη βιομηχανία. Συγκεκριμένα, έχει επενδύσει 75 εκατομμύρια δολάρια στην εταιρεία χαμηλού άνθρακα τσιμέντου Sublime, μαζί με τον ευρωπαϊκό γίγαντα του σκυροδέματος Holcim.
Sublime Systems δημιουργήθηκε από το MIT το 2020 για να χρησιμοποιεί ένα ηλεκτρολυτικό σύστημα παραγωγής τσιμέντου σε θερμοκρασία δωματίου, αντικαθιστώντας τους ενεργειακά και ορυκτά καύσιμα εντατικούς φούρνους. Επιτρέπει επίσης τη χρήση πηγών ασβεστίου ως υλικού εισόδου, αποφεύγοντας την απελευθέρωση CO2 από την εισαγωγή ασβεστωμάτων.
Η πρώτη εμπορική εγκατάσταση της Sublime στο Holyoke, Μασαχουσέτη, αναμένεται να ανοίξει ήδη το 2026. Εάν αποδειχθεί επιτυχής, θα μπορούσε να αποτελέσει πραγματικό σημείο καμπής για τη βιομηχανία τσιμέντου και να ανοίξει το δρόμο για κλιμακώσιμο σκυρόδεμα χαμηλών εκπομπών.
“Η Sublime είναι μια διαταραγτική δύναμη στην παραγωγή τσιμέντου. Η μοναδική της τεχνολογία διαπερνά όλη τη διαδικασία παραγωγής, από τη χρήση καθαρής ηλεκτρικής ενέργειας έως τις πρώτες ύλες χωρίς άνθρακα. Είμαστε ενθουσιασμένοι για το δυναμικό της και χαρούμενοι που συνεργαζόμαστε για να την φέρουμε στην αγορά σε κλίμακα. Αυτή η επένδυση ευθυγραμμίζεται πλήρως με τη στρατηγική της Holcim για την επιτάχυνση της αποανθρακοποίησης της κατασκευής, κλιμακώνοντας τις πιο καινοτόμες τεχνολογίες.”
Officer Nollaig Forrest – Holcim’s Chief Sustainability
Η CRH επίσης επένδυσε σε άλλες νεοφυείς επιχειρήσεις αποανθρακοποίησης και βιωσιμότητας:
- 23,7 εκατομμύρια € στην Cool Planet Technologies, η οποία αναπτύσσει λύσεις σύλληψης άνθρακα για βιομηχανίες που παραδοσιακά ήταν δύσκολο να αποανθρακοποιηθούν.
- 34,7 εκατομμύρια $ από τη CRH και άλλους επενδυτές στην Carbon Upcycling Technologies, χρησιμοποιώντας μια πλήρως ηλεκτρική λύση μεταλλοποίησης για μόνιμη αποθήκευση CO2 σε βιομηχανικά παραπροϊόντα και μεταλλικά, όπως τσιμέντο, πλαστικά, καταναλωτικά προϊόντα, λιπάσματα και φαρμακευτικά προϊόντα.
- AICrete, μια πλατφόρμα «συνταγή-ως-υπηρεσία» που συνεργάζεται με τοπικούς παραγωγούς σκυροδέματος, βελτιστοποιώντας τα τοπικά υλικά και ελαχιστοποιώντας την ποσότητα τσιμέντου που χρησιμοποιείται με αναλύσεις AI, μειώνοντας τόσο το αποτύπωμα CO2 όσο και το κόστος παραγωγής σκυροδέματος.
- Η σειρά χρηματοδότησης Series B της FIDO AI είναι μια νεοφυής επιχείρηση που χρησιμοποιεί AI για τη μείωση της κατανάλωσης νερού και την αύξηση των εξοικονομήσεων νερού.
Συνολικά, η CRH είναι ένας κερδοφόρος ηγέτης στη βιομηχανία σκυροδέματος και προετοιμάζεται ενεργά για την αποανθρακοποίηση της βιομηχανίας, τόσο άμεσα στα υπάρχοντα εργοστάσια όσο και ως κύριος παροχέας κεφαλαίων σε καινοτόμες νεοφυείς επιχειρήσεις που δημιουργούν την επόμενη γενιά τεχνολογίας παραγωγής τσιμέντου και σκυροδέματος.
Τελευταία Ειδήσεις για τη CRH
Μελέτες Αναφοράς:
1. Devi, N., Gong, X., Shoji, D., Wagner, A., Guerini, A., Zampini, D., Lopez, J., & Rotta Loria, A. F. (2025). Electrodeposition of carbon‐trapping minerals in seawater for variable electrochemical potentials and carbon dioxide injections. Advanced Sustainable Systems, 9(3), 2400943. https://doi.org/10.1002/adsu.202400943 στα ελληνικά.
