Pagkuha ng Materyal na Semento Mula sa Tubig-dagat Habang Nakakakuha ng Carbon

Ang kongkreto ay isang mahalagang materyal sa makabagong mundo, kung saan ang buhangin at semento ay kabilang sa pinakamalaking produksyon ng materyales sa buong mundo batay sa dami at bigat.

Pinagmulan: Visual Capitalist

Ang paggawa ng semento ay isang napaka-enerhiya na aktibidad. Halos eksklusibong pinapagana ito ng mga fossil fuel, na nagreresulta sa paggawa ng semento na responsable sa 8% ng CO2 emissions ng mundo.

Maikukumpara ito sa CO2 emissions ng mga kotse at van, na responsable sa 10% ng kabuuang emissions ng mundo. Kaya, ang paggawa ng mas napapanatiling kongkreto ay kasing epekto ng pag-convert ng lahat ng sasakyan sa mundo sa mga EV at pagpayl ng mga ito gamit lamang ang berdeng enerhiya.

Maraming carbon emissions mula sa paggawa ng semento ay nagmumula sa pagmimina, pagdurog, pagproseso, at pag-refine ng mga hilaw na materyales na ginagamit para gawin ito. Katulad ng limestone, ang mga batong mayaman sa calcium carbonate (CaCO3) ay minina at hinahalo sa luwad upang makuha ang hilaw na materyal na nagiging kongkreto.

May potensyal na isa pang pinagmumulan ng calcium carbonate sa mundo, ito ay ang tubig-dagat. Ang mga karagatan ay naglalaman ng maraming natunaw na mineral, kasama na ang karaniwang asin (sodium at chlorine ions), pati na rin ang magnesium, calcium, potassium, at kahit mga metal, kasama ang tunay na uranium, na maaaring kunin mula sa mga karagatan sa hinaharap sa halip na mga minahan ng uranium. Ang natunaw na CO2 sa anyo ng carbonate ions ay sagana rin sa mga karagatan, na ginagawa itong isa sa pinakamakapangyarihang carbon sink ng mundo.

Pinagmulan: Advanced Sustainable Systems

Ang mga siyentipiko mula sa Northwestern University at CEMEX Innovation Holding AG (Switzerland) ay ngayon nagsusuri kung maaari nilang samantalahin ang kasaganaan ng dagat upang gumawa ng hilaw na materyal ng kongkreto habang kinukuhanan ng CO2 sa halip na ilabas ito. Inilathala nila ang kanilang mga resulta ng eksperimento sa Advanced Sustainable Systems¹, sa pamagat na “Electrodeposition of Carbon-Trapping Minerals in Seawater for Variable Electrochemical Potentials and Carbon Dioxide Injections”.

Electrolysis ng Tubig

Ang tubig (H2O) ay maaaring hatiin sa mga sangkap nitong hydrogen at oxygen sa pamamagitan ng pag-aplay ng malakas na kuryente, karaniwang may kasamang katalista upang mapabuti ang bilis at kahusayan ng electrochemical na reaksyon. Ito ang batayan ng paggawa ng berdeng hydrogen, kung saan ang kuryente ay nagmumula sa mga renewable sources.

Gayunpaman, kapag isinasagawa ang prosesong ito gamit ang hindi purong tubig, at lalo na sa tubig-dagat, ang reaksyon ng electrolysis ay nakikipag-reaksyon din sa mga mineral na natunaw sa tubig.

Karaniwan itong hindi kanais-nais na reaksyon, dahil maaari itong magdulot ng deposito sa mga electrode at ilihis ang enerhiya mula sa layuning paggawa ng hydrogen.

Gayunpaman, ang pag-aayos ng mga kondisyon ng electrolysis ay maaaring gawing kapaki-pakinabang na bagong paraan ang hindi kanais-nais na by-product na reaksyon para makagawa ng calcium carbonate.

Paggawa ng Semento Mula sa Tubig-dagat

Walang Hanggang Suplay

Hindi ito kinakailangang bagong ideya, dahil ang CaCO3 pati na rin ang magnesium mula sa tubig-dagat ay may napakaraming aplikasyon sa mga industriya ng konstruksyon, pagmamanupaktura, at pangkapaligirang remediasyon, kabilang ang paggawa ng kongkreto, semento, plaster, pintura, at mga filler.

Dahil ang malawak na karagatan na bumabalot sa mundo ay magbibigay ng halos walang limitasyong suplay ng materyal na ito, ito ay itinuturing na pinaka-sustainable na potensyal na pinagmumulan ng mga materyales na ito.

Sa ngayon, ang simpleng pagsisiyasat sa electroreduction ng mga mineral na ito ay hindi pa nagbubunga ng praktikal na paraan upang gawing ekonomikong ang kanilang produksyon mula sa tubig-dagat. Dito pumasok ang mga mananaliksik ng Northwestern University na nagdagdag ng mahalagang hakbang: ang pagdaragdag ng CO2 sa proseso.

Pag-inject ng CO2 sa Tubig-dagat

Dahil ang tubig-dagat ay isang komplikadong halo ng maraming mineral, kapag isinasagawa ang electrolysis, sabay-sabay na nangyayari ang isang mesh ng electrochemical na reaksyon, mula sa pag-precipitate ng calcium at magnesium ions hanggang sa pagbuo ng gypsum mula sa sulfates, pagbuo ng chlorine at hydrogen gas, pati na rin ang pagbabago ng acidity sa paligid ng bawat electrode.

Pinagmulan: Advanced Sustainable Systems

Ang pag-inject ng CO2 ay nagdadagdag ng karagdagang komplikasyon dahil binababa nito ang pH ng tubig-dagat. Ang pagbaba ng pH dulot ng CO2 ay bahagyang nababalanse ng produksyon ng OH− ions mula sa enerhiyang elektrikal.

Ang paglusaw o pag-precipitate ng calcium carbonate ay nakadepende sa acidity ng tubig. Sa kadahilanang ito, ito ay isang phenomenon na kinababahala ng mga siyentipiko, dahil habang tumataas ang CO2 sa atmospera, nagiging mas acidic ang mga karagatan.

Kung ang kuryente ay sapat na malakas, at samakatuwid ang produksyon ng OH− ions, maaari itong maging sapat upang panatilihin ang pH na higit sa 8.5.

Sa ganitong antas ng acidity, ang mga kemikal na reaksyon ay nakakakuha ng CO2 at ginagawang natunaw na bicarbonate ions (HCO3-).

Pinagmulan: Advanced Sustainable Systems

Ang mga bicarbonate ions na ito ay sumasama sa calcium at nag-precipitate bilang calcium carbonate, ang pangunahing materyal para sa paggawa ng kongkreto.

Pag-optimize ng Carbon Sequestration

Sa ganitong uri ng reaksyon, ang produksyon ng calcium carbonate na magagamit ng industriya ng semento ay makakakuha ng in-inject na CO2 sa halip na maglabas ng CO2 sa atmospera.

Para sa anumang antas ng paggamit ng enerhiya, may umiiral na optimum na daloy ng in-inject na CO2 na nagbabawas ng konsumo ng enerhiya habang pinapalaki ang ani ng mineral. Ang konsentrasyon na 0.30 sccm ng CO2 ay lumalabas na tamang balanse, kung saan kahit mababang antas ng enerhiya ay nagreresulta pa rin sa malaking masa ng mineral na nag-precipitate.

Pinagmulan: Advanced Sustainable Systems

Paglikha ng Magagamit na Deposito

Isang problema sa pag-convert ng konseptong ito sa industriyal na aplikasyon ay ang parehong problema na nangyayari sa precipitation ng calcium carbonate sa paggawa ng hydrogen sa pamamagitan ng electrolysis.

Kadalasan, ang deposito ng calcium ay magbabara sa ibabaw ng electrode, nasisira ang kabuuang sistema at nagpapababa ng kahusayan nito sa paglipas ng panahon.

Gayunpaman, ang mas mataas na antas ng enerhiya na ginamit sa eksperimentong ito, kapag pinagsama sa pag-inject ng CO2, ay nagdulot ng karagdagang reaksyon na nagpatanggal sa precipitate na calcium carbonate mula sa electrode.

Sa kabuuan, ang metodong ito ay makakagawa ng carbonate sa paraang madaling kolektahin bilang mineral na deposito sa ilalim ng tangke, nang hindi binabara ang electrode.

Paglago ng mga Kristal na Mineral

Depende sa mga kondisyon, iba’t ibang anyo ng mineral aggregate ang nabubuo na may iba’t ibang kristal na kondisyon, lalo na ang mga kristal ng calcium carbonate (calcite at aragonite) at kristal ng magnesium (brucite).

Pinagmulan: Advanced Sustainable Systems

Sa pangkalahatan, ang nagresultang materyal ay maaaring binubuo ng mga kristal na ilang sentimetro ang haba (1-2 pulgada), at ito ay napakaporoso.

Ang komposisyon, porosity, at sukat ng mga aggregate na sinintetisa gamit ang iminungkahing pamamaraan ay tumutugma sa kasalukuyang pamantayan para sa kanilang paggamit sa mga materyales tulad ng kongkreto.

Konklusyon

Sa pangkalahatan, pinapatunayan ng publikasyong ito na ang paggawa ng carbon-negative na materyal na semento ay hindi lamang teoretikal na posibilidad kundi isang praktikal na opsyon kapag gumagamit ng pag-inject ng carbon sa electrolysis ng tubig-dagat.

Ang iba pang kritikal na parameter, tulad ng tigas at resistensya sa pagkapudpod, ay kailangang imbestigahan pa upang ganap na makumpirma na ang nagresultang materyal ay magagamit para sa mga proyektong konstruksyon.

Ang prosesong ito ay likas na scalable, na walang malinaw na limitasyon mula sa kakulangan ng mga bihirang materyales, labis na konsumo ng enerhiya, o mababang ani.

Sa pamamagitan ng pag-iisip ng isang network ng magkakaugnay, scalable na mga reactor, ang pamamaraan na ito ay may potensyal na maipatupad sa industriyal na sukat at maisama sa umiiral na imprastruktura, tulad ng mga pasilidad pang-industriya sa baybayin.

Ang karagdagang pag-unlad sa disenyo ng reactor ay dapat makapagpataas ng pangkalahatang kahusayan sa ekonomiya at enerhiya, halimbawa sa pamamagitan ng pag-optimize ng geometry ng electrode, mga materyales, at daloy ng dinamika.

Sa huli, ang tubig kung saan nakuha ang calcium carbonate ay maaaring maging kawili-wiling materyal para sa pangalawang hakbang ng paggawa ng hydrogen mula sa tubig-dagat, dahil ang mas mababang konsentrasyon ng ion ay dapat makatulong na bawasan ang mga problema na may kaugnayan sa deposito ng mineral sa electrode.

Pamumuhunan sa Napapanatiling Semento

Bilang isa sa mga nangunguna sa mundo sa paggawa ng semento, ang CRH ay magiging mahalaga sa pag-convert ng konstruksyon ng semento sa mas napapanatiling industriya. Ito ay #1 sa kabuuang dami ng materyales ng konstruksyon na ibinibigay sa parehong merkado ng US at Europa.

Ang kumpanya ay aktibo sa 28 bansa at 3,390 lokasyon, na may 78,500 empleyado, kung saan ang CRH Americas ay kumikita ng 65% ng kabuuang benta nito sa buong mundo.

Pinagmulan: CRH

Inaasahan ng kumpanya na ang matatag na paggastos ng mga pamahalaang Kanluranin sa imprastruktura ay makakatulong sa paglago ng kanilang negosyo. Ang mga trend ng muling industriyalisasyon at on-shoring ng high-tech na pagmamanupaktura ay dapat ding makatulong.

Pagpapanatili

Ang CRH ay nagkaroon ng seryosong pag-unlad sa pagpapanatili sa pamamagitan ng serye ng mga inisyatibo:

• Ito ang #1 pinakamalaking recycler sa Hilagang Amerika, na may 43.9 milyong tonelada ng basura at by-product mula sa ibang industriya na nire-recycle noong 2023.
• Nabawasan nito ang CO2 emissions ng 8% noong 2023, salamat sa paggamit ng 36% na alternatibong fuel sa mga planta ng semento.
• Layunin nitong bawasan ang emissions ng 30% pagsapit ng 2030 (kumpara sa emissions ng 2021).

Ito ay kapuri-puri sa sarili nito ngunit maaaring ituring na huli na at kulang.

Sa kabutihang palad, ang CRH ay isa ring tagapagpasimula ng mas pundamental na pagbabago sa industriya. Kapansin-pansin, nag-invest ito ng $75M sa kumpanyang low-carbon cement na Sublime, kasama ang European concrete giant na Holcim.

Sublime Systems ay inilunsad mula sa MIT noong 2020 upang gamitin ang isang electrolyzer sa paggawa ng semento sa ambient na temperatura, kapalit ng mga kiln na mataas ang konsumo ng enerhiya at fossil fuel. Pinapayagan din nito ang paggamit ng mga pinagmumulan ng calcium bilang input material, na iniiwasan ang paglabas ng CO2 mula sa limestone.

Ang unang komersyal na pasilidad ng Sublime sa Holyoke, Massachusetts, ay inaasahang magbubukas sa lalong madaling 2026. Kung mapatunayan na matagumpay, maaari itong maging tunay na game changer para sa industriya ng semento at magbubukas ng daan sa scalable na low-emission na kongkreto.

“Ang Sublime ay isang mapang-istorbo na puwersa sa paggawa ng semento. Ang natatanging teknolohiya nito ay sumasaklaw sa buong proseso ng produksyon, mula sa paggamit ng malinis na kuryente hanggang sa carbon-free na mga hilaw na materyales. Nasasabik kami sa potensyal nito at natutuwa kaming makipagtulungan upang dalhin ito sa merkado sa malaking sukat. Ang pamumuhunang ito ay ganap na alinsunod sa estratehiya ng Holcim na pabilisin ang decarbonization ng konstruksyon sa pamamagitan ng pag-scale up ng pinaka-innovative na teknolohiya.”
Opiser Nollaig Forrest – Chief Sustainability ng Holcim

Nag-invest din ang CRH sa iba pang mga startup na naglalayong decarbonization at sustainability:

• €23.7 milyon sa Cool Planet Technologies, na nagde-develop ng mga solusyon sa carbon capture para sa mga industriya na tradisyonal na mahirap i-decarbonize.
• $34.7M mula sa CRH at iba pang mamumuhunan sa Carbon Upcycling Technologies, na gumagamit ng all-electric na solusyon sa mineralization upang permanenteng i-imbak ang CO2 sa mga industrial by-product at mineral, tulad ng semento, plastik, consumer products, pataba, at pharmaceutical.
• AICrete, isang ‘recipe-as-a-service’ na platform na nakikipagtulungan sa mga lokal na producer ng kongkreto, nag-o-optimize ng lokal na materyales at nagbabawas ng dami ng semento na ginagamit gamit ang AI analyses, na nagbabawas pareho ng CO2 footprint at gastos ng paggawa ng kongkreto.
• Ang Series B funding ng FIDO AI ay isang startup na gumagamit ng AI upang bawasan ang konsumo ng tubig at dagdagan ang pagtitipid ng tubig.

Sa pangkalahatan, ang CRH ay isang kumikitang lider sa industriya ng kongkreto, at aktibong naghahanda para sa decarbonization ng industriya, kapwa direkta sa mga umiiral na pasilidad at bilang pangunahing tagapagbigay ng kapital sa mga innovative na startup na lumilikha ng susunod na henerasyon ng teknolohiya sa paggawa ng semento at kongkreto.

Pinakabagong Balita sa CHR

Mga Sanggunian na Pag-aaral:

^{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}