一份最新报告指出,替代材料和碳捕获技术是水泥行业去碳化的关键。


全世界每年生产约35亿吨普通波特兰水泥,这是一种重要的建筑材料,但每吨水泥排放高达622公斤的二氧化碳(CO2)。 水泥行业占全球人为二氧化碳排放量的7%,而二氧化碳的释放量取决于生产中使用的材料、使用的水泥窑类型以及燃烧的燃料的不同。


在一篇新的论文中,伦敦帝国学院的研究人员考虑了使该行业脱碳的潜在最有效的方法。他们说,通过干预,排放量可以达到目前排放量的80%到负50%,其中二氧化碳被主动从大气中移除。


这可以通过碳捕获和储存(CCS)以及燃料和中间产品替代品的组合来实现。然而,他们说最明智的解决方案可能是将城市固体废物的燃烧与CCS相结合,这可以将排放量削减到目前水平的20%以下。


主要作者、帝国理工学院化学工程系的Paul Fennell教授说:"二氧化碳是推动气候变化的关键温室气体,它是由水泥生产的几个方面释放的。与工艺和燃料有关的排放在水泥总排放量中占很大比例,因此工艺改造和能源效率对减少碳排放都很重要。通过确定这些来源并提出可行的干预措施,我们希望能帮助水泥行业去碳化。"

降低水泥行业碳排放最好的方法是使用替代材料和碳捕获技术

该报告发表在《Joule》上,概述了主要的脱碳方案及其在水泥生产过程中的直接排放方面的相互作用。确定了三个具有最大潜在影响的关键干预措施。


CCS


水泥生产背后固有的化学反应造成了高达60%的水泥碳排放,所以碳的释放是很难防止的。为了制造水泥,石灰石粉被加热并与各种成分结合,产生一种叫做熟料的中间产品。石灰石重量的40%是二氧化碳,在这个过程中被释放出来。

降低水泥行业碳排放最好的方法是使用替代材料和碳捕获技术

水泥生产过程。资料来源:伦敦帝国学院


附在水泥窑上的CCS工厂可以捕获释放的碳,并将其储存在不会进入大气的地方。研究人员说,CCS有很大的潜力,并计划进行许多试点和更大规模的示范。


生物质和城市垃圾


水泥生产是能源密集型的,每吨熟料需要3.3千兆焦耳的热能,因此该行业的另一个碳源是工厂的供电方式。制造商可以使用碳密集型的化石燃料,而不是使用碳中性的生物质。


然而,生物质是一种有限的资源,以这样的规模使用它的成本可能是令人望而却步的,所以它将需要与城市垃圾结合。这可能是减少化石燃料使用的一种成本节约方式,同时也是一种相对环保的废物管理方法,特别是如果在窑炉使用前注意分流所有可回收材料的话。

降低水泥行业碳排放最好的方法是使用替代材料和碳捕获技术

熟料替代品


生产熟料是碳密集型的,因为石灰石释放的碳,以及生产过程中需要的能源。因此,可以通过减少对熟料的需求来减少排放,例如用高炉矿渣和煤灰等废料来代替。研究人员认为,在不影响水泥强度的情况下,可以通过这种方式替代30%到40%的熟料。


Fennell教授补充说:"尽管这种分析可以让人了解什么是和什么不是净零排放或负排放的关键,但要完全量化排放,还需要一个完整和全面的生命周期分析。这一简单分析的最突出特点是,正是燃料中的基本生物成分,加上CCS的加入,使二氧化碳排放的减少幅度最大。熟料替代是有价值的,特别是在没有部署CCS的情况下,但非常深入的去碳化将需要更进一步。"


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