स्थिरता
सीमेंट सामग्री को समुद्री जल से निकालते हुए कार्बन को पकड़ना
कंक्रीट आधुनिक दुनिया में एक आवश्यक सामग्री है, जिसमें रेत और सीमेंट वास्तव में दुनिया के सबसे बड़े सामग्री उत्पादन में से एक हैं जो मात्रा और वजन दोनों में हैं।
स्रोत: विज़ुअल कैपिटलिस्ट
सीमेंट का उत्पादन भी एक बहुत ही ऊर्जा-गहन गतिविधि है। यह लगभग विशेष रूप से जीवाश्म ईंधन द्वारा संचालित होता है, जिसके परिणामस्वरूप सीमेंट उत्पादन दुनिया के कुल कार्बन उत्सर्जन के 8% के लिए जिम्मेदार है।
यह कारों और वैनों के कार्बन उत्सर्जन की तुलना में किया जा सकता है, जो दुनिया के कुल उत्सर्जन के 10% के लिए जिम्मेदार हैं। इसलिए, कंक्रीट को अधिक स्थायी बनाना उतना ही प्रभावी होगा जितना कि दुनिया की सभी कारों को इलेक्ट्रिक वाहनों में बदलना और उन्हें केवल हरित ऊर्जा से चलाना।
सीमेंट निर्माण से कार्बन उत्सर्जन का अधिकांश हिस्सा खनन, तोड़ने, प्रसंस्करण और परिष्करण से आता है जो कच्चे माल को उत्पादित करने के लिए उपयोग किया जाता है जो कंक्रीट बन जाता है। जैसे कि चूना पत्थर, कैल्शियम कार्बोनेट-समृद्ध चट्टानें (सीएसीओ३) खनन की जाती हैं और मिट्टी के साथ मिलाकर कच्चा माल प्राप्त किया जाता है जो कंक्रीट बन जाता है।
पृथ्वी पर कैल्शियम कार्बोनेट का एक और स्रोत है, जो समुद्री जल है। महासागरों में कई खनिजों का समाधान होता है, जिसमें निश्चित रूप से टेबल नमक (सोडियम और क्लोरीन आयन), लेकिन मैग्नीशियम, कैल्शियम, पोटेशियम और यहां तक कि धातुएं भी होती हैं, जिनमें नोटरी यूरेनियम शामिल है, जो एक दिन दुनिया के महासागरों से यूरेनियम खदानों के बजाय प्राप्त किया जा सकता है। महासागरों में कार्बोनेट आयनों के रूप में घुले हुए सीओ२ भी बहुतायत में हैं, जो उन्हें पृथ्वी के सबसे शक्तिशाली कार्बन सिंक में से एक बनाता है।
स्रोत: एडवांस्ड सस्टेनेबल सिस्टम
नॉर्थवेस्टर्न यूनिवर्सिटी और सेमेक्स इनोवेशन होल्डिंग एजी (स्विट्जरलैंड) के वैज्ञानिक अब यह अन्वेषण कर रहे हैं कि क्या वे इस समुद्री प्रचुरता का शोषण कर सकते हैं ताकि कंक्रीट के कच्चे माल का उत्पादन किया जा सके जबकि सीओ२ को पकड़ लिया जाए, न कि इसे उत्सर्जित किया जाए। उन्होंने अपने प्रायोगिक परिणामों को एडवांस्ड सस्टेनेबल सिस्टम में प्रकाशित किया, जिसका शीर्षक है “सीवाटर में कार्बन-ट्रैपिंग मिनरल्स का इलेक्ट्रोडिपॉज़िशन वेरिएबल इलेक्ट्रोकेमिकल पोटेंशियल और कार्बन डाइऑक्साइड इंजेक्शन के लिए”।
जल विद्युत अपघटन
पानी (एच२ओ) को हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में तोड़ा जा सकता है एक शक्तिशाली विद्युत धारा को लागू करके, आमतौर पर कुछ प्रकार के उत्प्रेरक के साथ जो रासायनिक प्रतिक्रिया की गति और दक्षता में सुधार करता है। यह हरित हाइड्रोजन उत्पादन का आधार है, जहां बिजली नवीकरणीय स्रोतों से आती है।
हालांकि, जब इस प्रक्रिया को गैर-शुद्ध पानी के साथ, और यहां तक कि समुद्री जल के साथ भी किया जाता है, तो विद्युत अपघटन प्रतिक्रिया पानी में घुले हुए खनिजों के साथ भी प्रतिक्रिया करती है।
यह आमतौर पर एक अवांछित प्रतिक्रिया है, क्योंकि यह इलेक्ट्रोड पर जमा बना सकती है और हाइड्रोजन उत्पादन के उद्देश्य से ऊर्जा को विचलित कर सकती है।
हालांकि, विद्युत अपघटन की स्थिति को बदलने से कैल्शियम कार्बोनेट का उत्पादन करने का एक नया तरीका बन सकता है।
सीमेंट का उत्पादन समुद्री जल से
असीमित आपूर्ति
यह वास्तव में एक नई अवधारणा नहीं है, क्योंकि सीएसीओ३ और मैग्नीशियम समुद्री जल से निर्माण, विनिर्माण और पर्यावरण सुधार उद्योगों में विभिन्न अनुप्रयोगों के साथ-साथ कंक्रीट, सीमेंट, प्लास्टर, पेंट और फिलर के उत्पादन में भी उपयोग किया जाता है।
पृथ्वी को ढकने वाले विशाल महासागर इस सामग्री की एक व्यावहारिक रूप से असीमित आपूर्ति प्रदान करेंगे। यह सबसे टिकाऊ संभावित स्रोत माना जाता है।
अब तक, केवल इन खनिजों के इलेक्ट्रोरिडक्शन का अन्वेषण करने से समुद्री जल से उनके उत्पादन को आर्थिक रूप से व्यवहार्य बनाने का कोई तरीका नहीं मिला है। यहीं पर नॉर्थवेस्टर्न यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं ने एक महत्वपूर्ण अतिरिक्त चरण जोड़ा: प्रक्रिया में सीओ२ जोड़ना।
सीओ२ को समुद्री जल में इंजेक्ट करना
क्योंकि समुद्री जल कई खनिजों का एक जटिल मिश्रण है, जब विद्युत अपघटन लागू किया जाता है, तो एक जाल của इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रियाएं एक साथ होती हैं, जिसमें कैल्शियम और मैग्नीशियम आयनों का अवक्षेपण, सульफेट से जिप्सम का निर्माण, क्लोरीन और हाइड्रोजन गैस का उत्पादन, साथ ही प्रत्येक इलेक्ट्रोड के चारों ओर अम्लता में परिवर्तन शामिल है।
स्रोत: एडवांस्ड सस्टेनेबल सिस्टम
सीओ२ का इंजेक्शन कुछ अधिक जटिलता जोड़ता है क्योंकि यह समुद्री जल के पीएच को कम करता है। सीओ२ से पीएच में कमी बिजली की ऊर्जा से उत्पादित ओएच− आयनों के उत्पादन द्वारा आंशिक रूप से मुआवजा दी जाती है।
कैल्शियम कार्बोनेट का घुलनशीलता या अवक्षेपण पानी की अम्लता पर निर्भर करता है। इस संबंध में, यह एक घटना है जो वैज्ञानिकों के लिए एक चिंता का विषय है, क्योंकि वायुमंडल में सीओ२ की समृद्धि के कारण महासागर अधिक अम्लीय हो जाते हैं।
यदि विद्युत धारा पर्याप्त शक्तिशाली है, और इसलिए ओएच− आयनों का उत्पादन, यह पीएच ८.५ से ऊपर रखने के लिए पर्याप्त हो सकता है।
इन अम्लता स्तरों पर, रासायनिक प्रतिक्रियाएं सीओ२ को पकड़ लेती हैं और इसे घुले हुए बाइकार्बोनेट आयनों (एचसीओ३−) में बदल देती हैं।
स्रोत: एडवांस्ड सस्टेनेबल सिस्टम
इन बाइकार्बोनेट आयनों फिर कैल्शियम के साथ प्रतिक्रिया करते हैं और कैल्शियम कार्बोनेट में अवक्षेपित होते हैं, जो कंक्रीट उत्पादन के लिए आधार सामग्री है।
कार्बन सिक्वेस्ट्रेशन को अनुकूलित करना
इस प्रकार की प्रतिक्रिया में, सीमेंट उद्योग के लिए उपयोगी कैल्शियम कार्बोनेट का उत्पादन इंजेक्ट किए गए सीओ२ को पकड़ लेगा, न कि वायुमंडल में सीओ२ का उत्सर्जन करेगा।
प्रत्येक दिए गए शक्ति स्तर के लिए, एक इष्टतम सीओ२ इंजेक्शन प्रवाह दर होती है जो उपभोग की गई ऊर्जा को कम करते हुए खनिज उत्पादन उपज को अधिकतम करती है। ०.३० एससीसीएम सीओ२ एक ऐसा मीठा बिंदु प्रतीत होता है, जहां एक कम शक्ति स्तर अभी भी खनिज के एक उच्च द्रव्यमान के अवक्षेपण का परिणाम देता है।
स्रोत: एडवांस्ड सस्टेनेबल सिस्टम
एक उपयोगी जमा बनाना
इस अवधारणा को औद्योगिक अनुप्रयोग में बदलने में एक समस्या यह है कि कैल्शियम कार्बोनेट के अवक्षेपण के दौरान हाइड्रोजन उत्पादन के माध्यम से विद्युत अपघटन में भी यही समस्या होती है।
अधिक बार नहीं, कैल्शियम जमा इलेक्ट्रोड की सतह को बंद कर देगा, जिससे पूरे सिस्टम को नुकसान होगा और इसे समय के साथ कम कुशल बना देगा।
हालांकि, इस प्रयोग में उपयोग किए गए उच्च शक्ति स्तर, सीओ२ इंजेक्शन के संयोजन में, अतिरिक्त प्रतिक्रियाएं पैदा करते हैं, जिससे अवक्षेपित कैल्शियम कार्बोनेट इलेक्ट्रोड से अलग हो जाता है।
इसलिए, यह विधि कार्बनेट को ऐसे तरीके से उत्पादित करने में सक्षम होगी जो इसे टैंक के तल पर एक खनिज जमा के रूप में इकट्ठा करना आसान बनाता है, बिना इलेक्ट्रोड को बंद किए।
खनिज स्फटिक विकसित करना
विभिन्न स्थितियों के आधार पर, विभिन्न खनिज समूह विभिन्न स्फटिक स्थितियों के साथ बनते हैं, विशेष रूप से कैल्शियम कार्बोनेट स्फटिक (कैल्साइट और एरागोनाइट) और मैग्नीशियम स्फटिक (ब्रुसाइट)।
स्रोत: एडवांस्ड सस्टेनेबल सिस्टम
कुल मिलाकर, परिणामी सामग्री क्रिस्टल से बनी हो सकती है जो कई सेंटीमीटर लंबी (१-२ इंच) है, और बहुत ही छिद्रपूर्ण है।
सिंथेसाइज़ किए गए समूहों की संरचना, छिद्रपूर्णता और आकार वर्तमान मानकों के अनुसार हैं जो सामग्री जैसे कंक्रीट में उनके उपयोग के लिए।
निष्कर्ष
कुल मिलाकर, यह प्रकाशन सिद्ध करता है कि कार्बन-नकारात्मक सीमेंट सामग्री का उत्पादन न केवल एक सैद्धांतिक संभावना है, बल्कि एक व्यवहार्य विकल्प है जब समुद्री जल के विद्युत अपघटन के दौरान कार्बन इंजेक्शन किया जाता है।
निर्माण परियोजनाओं के लिए परिणामी सामग्री का उपयोग करने के लिए पूरी पुष्टि के लिए कठोरता और अपघर्षण प्रतिरोध जैसे अन्य महत्वपूर्ण मापदंड शोध किए जाने बाकी हैं।
यह प्रक्रिया स्वाभाविक रूप से मापनीय है, जिसमें दुर्लभ सामग्री की उपलब्धता, अत्यधिक ऊर्जा की खपत, या कम उपज से कोई स्पष्ट सीमाएं नहीं हैं।
इंटरकनेक्टेड, मापनीय रिएक्टरों के एक नेटवर्क की कल्पना करके, इस दृष्टिकोण में औद्योगिक स्तर पर तैनात किए जाने और मौजूदा बुनियादी ढांचे के साथ एकीकृत किए जाने की क्षमता है, जैसे कि तटीय औद्योगिक सुविधाएं।
रिएक्टर डिजाइन में आगे की प्रगति को समग्र आर्थिक और ऊर्जा दक्षता में सुधार करने में सक्षम होना चाहिए, जैसे कि इलेक्ट्रोड ज्यामिति, सामग्री, और प्रवाह गतिविधियों को अनुकूलित करना।
अंततः, जिस पानी से कैल्शियम कार्बोनेट को निकाला गया है, वह समुद्री जल से हाइड्रोजन के दूसरे चरण के उत्पादन के लिए एक दिलचस्प सामग्री हो सकती है, क्योंकि आयन सांद्रता में कमी इलेक्ट्रोड पर खनिज जमा से जुड़ी समस्याओं को कम करने में मदद कर सकती है।
सस्टेनेबल सीमेंट में निवेश
सीआरएच पीएलसी
(CRH )
सीमेंट उत्पादन में दुनिया की अग्रणी कंपनियों में से एक के रूप में, सीआरएच सीमेंट निर्माण को एक अधिक स्थायी उद्योग बनाने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाएगी। यह अमेरिकी और यूरोपीय बाजारों में निर्माण सामग्री की कुल मात्रा में #१ है।
कंपनी २८ देशों और ३,३९० स्थानों में सक्रिय है, ७८,५०० लोगों को रोजगार देती है, जिसमें सीआरएच अमेरिका अपनी वैश्विक बिक्री का ६५% हिस्सा बनाता है।
स्रोत: सीआरएच
कंपनी को उम्मीद है कि पश्चिमी सरकारों द्वारा बुनियादी ढांचे पर मजबूत खर्च से इसका व्यवसाय बढ़ेगा। पुनः-उद्योगीकरण और उच्च-तकनीकी विनिर्माण के ऑन-शोरिंग के रुझान भी इसके व्यवसाय में मदद करेंगे।
स्थायित्व
सीआरएच ने स्थायित्व में कई पहलों के साथ महत्वपूर्ण प्रगति की है:
- यह उत्तरी अमेरिका में सबसे बड़ा रिसाइकलर है, जिसने २०२३ में ४३.९ मिलियन टन कचरे और अन्य उद्योगों के उपोत्पादों को रिसाइकल किया।
- इसने २०२३ में अपने सीओ२ उत्सर्जन को ८% कम कर दिया, जो अपने सीमेंट संयंत्रों में ३६% वैकल्पिक ईंधन का उपयोग करने के कारण है।
- यह २०३० तक (२०२१ के उत्सर्जन की तुलना में) ३०% उत्सर्जन में कमी का लक्ष्य रखता है।
यह स्वयं में प्रशंसनीय है, लेकिन बहुत कम, बहुत देर से हो सकता है।
सौभाग्य से, सीआरएच उद्योग में मूलभूत परिवर्तनों का एक प्रमुख चालक भी है। विशेष रूप से, यह लो-कार्बन सीमेंट कंपनी सब्लाइम में ७५ मिलियन डॉलर का निवेश करता है, जो यूरोपीय कंक्रीट दिग्गज होल्सिम के साथ मिलकर किया जाता है।
सब्लाइम सिस्टम को २०२० में एमआईटी से स्पिन आउट किया गया था ताकि एक इलेक्ट्रोलाइज़र का उपयोग करके कंक्रीट का उत्पादन करने के लिए उपयोग किया जा सके, जो ऊर्जा और जीवाश्म ईंधन-गहन भट्टियों को प्रतिस्थापित करता है। यह कैल्शियम स्रोत के रूप में इनपुट सामग्री के रूप में उपयोग को भी सक्षम बनाता है, जो चूना पत्थर इनपुट से सीओ२ की रिहाई से बचाता है।
सब्लाइम की पहली व्यावसायिक सुविधा होलीक, मैसाचुसेट्स में २०२६ तक खुलने की उम्मीद है। यदि यह सफल साबित होता है, तो यह सीमेंट उद्योग के लिए एक वास्तविक खेल परिवर्तक हो सकता है और यह स्केलेबल लो-उत्सर्जन कंक्रीट के लिए मार्ग प्रशस्त कर सकता है।
“सब्लाइम सीमेंट बनाने में एक विघटनकारी शक्ति है। इसकी अनोखी प्रौद्योगिकी पूरी उत्पादन प्रक्रिया के भरोसे है, स्वच्छ बिजली के उपयोग से लेकर कार्बन-मुक्त कच्चे माल तक। हम इसकी संभावना के बारे में उत्साहित हैं और इसे बाजार में लाने के लिए एक साथ भागीदारी करने में प्रसन्न हैं। यह निवेश होल्सिम की रणनीति के अनुरूप है जो निर्माण के डीकार्बोनाइजेशन को तेज करने के लिए सबसे नवाचारी प्रौद्योगिकियों को स्केल करने के लिए है।”
अधिकारी नोलैग फॉरेस्ट – होल्सिम के मुख्य स्थायित्व
सीआरएच ने अन्य डीकार्बोनाइजेशन और स्थायित्व स्टार्टअप्स में भी निवेश किया है:
- २३.७ मिलियन यूरो कूल प्लैनेट टेक्नोलॉजीज में, जो कार्बन कैप्चर समाधान विकसित कर रहा है जो पहले डीकार्बोनाइज करने में मुश्किल साबित हुए हैं।
- सीआरएच और अन्य निवेशकों द्वारा ३४.७ मिलियन डॉलर कार्बन अपसाइकलिंग टेक्नोलॉजीज में, जो एक सभी-इलेक्ट्रिक मिनरलाइजेशन समाधान का उपयोग करके सीमेंट, प्लास्टिक, उपभोक्ता उत्पादों, उर्वरकों और फार्मास्यूटिकल्स जैसे औद्योगिक उपोत्पादों और खनिजों में सीओ२ को स्थायी रूप से संग्रहीत करता है।
- एआईक्रेट, एक ‘रेसिपी-ए-सर्विस’ प्लेटफ़ॉर्म जो स्थानीय कंक्रीट उत्पादकों के साथ काम करता है, स्थानीय सामग्री का अनुकूलन करता है और कंक्रीट उत्पादन में उपयोग किए जाने वाले सीमेंट की मात्रा को कम करता है, जो कार्बन फुटप्रिंट और कंक्रीट उत्पादन की लागत दोनों को कम करता है।
- एफआईडीओ एआई की श्रृंखला बी फंडिंग एक स्टार्टअप है जो पानी की खपत को कम करने और पानी की बचत को बढ़ाने के लिए एआई का उपयोग करता है।
कुल मिलाकर, सीआरएच एक लाभदायक नेता है जो कंक्रीट उद्योग में है, और बहुत सक्रिय रूप से उद्योग के डीकार्बोनाइजेशन की तैयारी कर रहा है, न केवल मौजूदा सुविधाओं में सीधे बल्कि नवाचारी स्टार्टअपों को पूंजी प्रदान करने में भी जो अगली पीढ़ी की सीमेंट और कंक्रीट उत्पादन प्रौद्योगिकी बना रहे हैं।
सीआरएच पर नवीनतम
संदर्भित अध्ययन:
१. देवी, एन., गोंग, एक्स., शोजी, डी, वैगनर, ए, गुएरिनी, ए, ज़म्पिनी, डी, लोपेज, जे, और रोटा लोरिया, एफ. (२०२५)। सीवाटर में वेरिएबल इलेक्ट्रोकेमिकल पोटेंशियल और कार्बन डाइऑक्साइड इंजेक्शन के लिए कार्बन-ट्रैपिंग मिनरल्स का इलेक्ट्रोडिपॉज़िशन। एडवांस्ड सस्टेनेबल सिस्टम, ९(३), २४००९४३। https://doi.org/10.1002/adsu.202400943
