专家问答:混凝土和水泥脱碳

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与专家会面:

• Gianluca Ambrosetti - Synhelion首席执行官
• Philippa Horton博士和Sam Bell -剑桥大学和材料加工研究所，Atkins, CELSA制造，Balfour Beatty, Tarmac水泥和石灰，以及Day Group
• 谢菲尔德大学材料科学与工程系Theodore Hanein博士和Cecilia Pesce博士- FeRICH项目
• Andreas Sichert - Orcan Energy首席执行官

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您的解决方案如何帮助减少与水泥生产相关的碳排放?

为:我们将水泥生产产生的大量废热转化为清洁、经济、可靠的电力。余热是世界上最大的未利用能源。我们的模块可以安装在任何产生废热的地方。随着能源密集型水泥行业寻求实现气候中和，废热回收(WHR)提供了一个关键的解决方案。我们谈论的是一个巨大的潜力:利用我们的第二代有机朗肯循环(ORC)模块，从全球所有水泥厂回收废热，每年将产生约67太瓦时的电力，这代表了超过4000万欧洲公民所有私人家庭的电力需求。利用这种清洁能源的潜力将节省大约。3000万吨二氧化碳(取决于考虑的电力组合)。

为了实现水泥生产的零碳未来，水泥行业需要适应和重塑自身。

PH值:尽管探索减少水泥生产中的排放，但目前还没有可行的策略将过程排放减少到零。因此，水泥是发达国家面临的最具挑战性的脱碳领域之一。
剑桥电力水泥并不打算减少生产过程中的碳排放，而是希望完全消除碳排放。该公司利用废旧水泥粉回收电钢的工艺生产出一种产品，然后将其磨碎，生产出一种传统的波特兰熟料。这种方法与无排放电力供电的电网一起，既不产生过程排放，也不产生燃烧排放，因此将成为现有水泥生产的第一个真正的零排放替代方案。水泥2零项目将首次在工业规模上试用这种创新产品。

CP:利用钢铁工业富含铁的废料减少碳排放的方法有三:

1.少量的煅烧石灰石被富含铁的废料所取代。在传统的水泥生产中，碳酸钙的煅烧反应将石灰石中的碳释放到大气中。当使用更少时，排放的二氧化碳就更少。

2.使用大量的铁降低了生产熟料所需的燃烧温度——熟料是水泥的关键前体。通常，高温几乎完全是通过燃烧化石燃料来实现的。

3.大量可用的废物被升级回收，而不是被送到垃圾填埋场。
GA:在水泥生产过程中，有两个主要的二氧化碳排放源。Synhelion的可持续技术适用于缓解这两种情况。

一部分排放来自燃烧化石燃料来加热熟料生产的热加工阶段。我们可以用聚光太阳能热能(CST)取代化石燃料的使用，提供超过1500°C的足够高温过程热量。另一部分排放物是在煅烧过程中产生的。我们可以回收这些不可避免的二氧化碳排放来生产太阳能燃料。该解决方案进一步减少了水泥生产过程的总排放量。

到目前为止，你遇到的最大的技术障碍是什么?

CP:到目前为止，最大的技术障碍出现在我们在硅酸盐水泥的熟化温度(>1400℃)下研究纯/溶液铁氧体相时。这是因为样品会熔化，与Pt坩埚反应，无法用于进一步的分析和表征。目前，我们正在通过在熔化温度以下烧制样品来解决这个问题，但在未来，我们可能会尝试淬火方法，使我们能够从坩埚中提取在1450℃烧制的铁素体样品。然而，我们通常不能在水中淬水泥，因为水泥与水发生反应。

遗传算法:与CEMEX一起，我们已经能够在水泥生产过程中引入CST，并在2022年通过生产第一个太阳能熟料实现了第一个成功的实验室规模的示范试验。这一过程现在需要扩大规模并进一步发展。与CEMEX和桑迪亚国家实验室一起，我们正在研究如何最大限度地将热量传递到生水泥混合物中，并利用太阳能提高熟料形成的效率。在接下来的步骤中，我们的目标是连续的白天生产和工业规模的试验设施，以证明该工艺的稳健性和经济性。

某人:这一领域的任何创新的主要挑战都是可扩展性。特别是电动水泥回收，我们面临的技术挑战是从生产1公斤水泥扩大到生产20吨水泥，并最终达到满足未来所有需求所需的数量。“水泥零号”现在正迈出解决这一挑战的第一步。

为:利用ORC技术回收余热是地热电厂建设中一项久经考验的技术。但它不能应用于更广泛的工业废热源和日常工业过程中较低温度的领域——我们看到的大部分能源。相反，传统的ORC工厂只能利用大型热源，范围非常有限。我们设法改进了这项技术，并大规模缩小了它的尺寸，使其更适用。因此，我们使废热回收更具成本效益，因此在商业上更具吸引力。这种广泛适用的第二代ORC可以对水泥行业的脱碳产生重大影响-从现在开始。

水泥和混凝土的生产能否在未来真正实现零碳排放?

遗传算法:到2050年，水泥行业的目标是达到净零碳排放目标。实现这一目标需要持续不懈的创新。就Synhelion而言，我们愿意提供一个重要的部分:我们的解决方案将极大地帮助为实现净零排放铺平道路。在水泥制造中成功采用我们的技术将允许100%替代化石燃料，而化石燃料在生产过程中直接排放的二氧化碳中约占40%。我们可以回收水泥生产过程中煅烧过程中剩余的二氧化碳排放。有了一种非常有效和经济的水泥碳捕获技术，我们可以直接利用排放的碳来生产太阳能燃料。

PH值:如果我们能够通过这个为期两年的示范项目证明C2Z可以在工业规模上生产，那么我们就有可能设想一个水泥生产零排放的世界。与我们的供应链合作伙伴一起，我们正处于这一充满挑战的旅程的开始，但通过将整个供应链的所有专业知识聚集在一起，水泥、钢铁和建筑行业比以往任何时候都更有能力找到最佳解决方案。

为:为了实现水泥生产的零碳未来，水泥行业需要适应和重塑自身。为了实现2050年净零排放的目标，水泥产量需要在2030年前每年下降3%。一些参与者已经开始采取行动，但总体而言，该行业离实现这一目标还差得很远。从2015年到2021年，水泥生产产生的二氧化碳强度每年增长约1.5%。这就是为什么我们现在需要有影响力的解决方案。我们已经准备好提供模块化废热回收系统，从第一天起就减少碳排放，并对水泥厂本身的新技术和变化保持灵活。

我们是否应该寻找替代的、更可持续的建筑材料，同时努力使水泥脱碳?

TH:任何有助于减少全球排放的行动都应该继续下去。开发减少碳排放的新型建筑材料，包括水泥，对可持续发展的未来至关重要。此外，再利用旧建筑中的建筑材料，包括混凝土，可以比使用新建筑产生更低的碳足迹。然而，就目前而言，水泥的生产和使用在可预见的未来不会逐步淘汰，因此任何旨在降低其碳排放的努力都是有价值的。

为:到目前为止，水泥是我们日常生活中不可或缺的一部分——它是仅次于饮用水的全球第二大消费产品。目前，建筑业脱碳的“银弹”路线图并不存在，最终的路线仍不确定。我们绝对需要共同努力，为行业脱碳，并对所有类型的解决方案开放。与此同时，我们需要利用当今可行的解决方案。通过在工厂中整合废热回收设施，制造商可以提高电力效率并减少排放。

遗传算法:应对气候变化没有灵丹妙药。在水泥生产中，就像在任何其他领域一样，我们应该不断寻找各种可持续的解决方案和替代方案。到目前为止，我们无法想象一个没有混凝土的世界。它是最具弹性、最实惠、最耐用的建筑材料之一。我们建造的几乎所有东西都需要混凝土，更重要的是，混凝土是一种用途广泛的建筑材料。这就是为什么我们正在帮助水泥行业脱碳。要实现净零排放并履行全球承诺，没有捷径可走。