Блог

Jul 22, 2023

К экономическому обоснованию минерализации CO2 в цементной промышленности

Communications Earth & Environment, том 3, Номер статьи: 59 (2022) Цитировать эту статью 12k Доступов 20 Цитирований 88 Подробности об альтернативных метриках Цементная промышленность, отрасль, характеризующаяся низким

Коммуникации Земля и окружающая среда, том 3, Номер статьи: 59 (2022 г.) Цитировать эту статью

12 тысяч доступов

20 цитат

88 Альтметрика

Подробности о метриках

Цементная промышленность, отрасль, характеризующаяся низкой рентабельностью, отвечает за примерно 7% антропогенных выбросов в эквиваленте CO2 (CO2e) и имеет самую высокую углеродоемкость среди всех отраслей промышленности на единицу дохода. Чтобы стимулировать полную декарбонизацию цементной промышленности, необходимо найти стратегии, стимулирующие сокращение выбросов CO2e. Здесь мы показываем с помощью комплексного технико-экономического моделирования, что минерализация силикатных минералов CO2 с целью хранения CO2 в твердой форме приводит к сокращению выбросов CO2e на 8–33%, одновременно принося дополнительную прибыль до 32 евро на тонну цемента. Для создания положительного экономического обоснования минерализации CO2 имеют первостепенное значение два условия: полученные продукты должны использоваться в качестве дополнительного материала в цементных смесях в строительной отрасли (например, для мостов или зданий), а хранение CO2 в минералах должно иметь право на получение сертификатов выбросов. или похожие. Кроме того, решающее значение имеют транспорт минералов и состав продукта.

На цементную промышленность приходится около 7% антропогенных выбросов в эквиваленте CO2 (CO2e)1,2, при этом на единицу дохода приходится самая высокая углеродоемкость среди всех отраслей промышленности3. Для борьбы с изменением климата страны, собравшиеся на Конференции сторон, подписали Парижское климатическое соглашение в 2015 году, стремясь ограничить выбросы CO2e и, следовательно, повышение температуры максимум до 2 °C, стремясь при этом к 1,5 °C4,5. Учитывая, что использование цемента имеет основополагающее значение для экономического развития с прогнозируемым размером мирового рынка в 463 миллиарда долларов6 (6,08 гигатонн цемента в год (Гт-1)7) в 2026 году, сокращение его выбросов имеет важное значение8,9,10. Примерно 60% выбросов цементной промышленности обусловлены технологическими процессами и являются результатом реакции обжига известняка11. Эти выбросы особенно сложно смягчить, поскольку либо весь процесс должен быть заменен альтернативами с низким уровнем выбросов3,8,12,13,14,15, либо выбросы должны улавливаться из процесса и постоянно храниться1,3,8,10,16 ,17. Хотя замена цемента и бетона альтернативными строительными материалами, такими как древесина, потребует, казалось бы, нереально быстрого изменения всей цепочки создания стоимости строительства, технологии улавливания и хранения углерода представляют собой альтернативу декарбонизации, но влекут за собой дополнительные производственные затраты18,19. Предпочтительно необходимо найти стратегии, при которых сокращение выбросов CO2e может принести дополнительный доход вместо затрат.

Некоторые предполагают, что CO2 может улавливаться и вступать в реакцию с активированными минералами или промышленными отходами с образованием стабильных карбонатных минералов (также известных как минерализация CO2)20,21,22, продукты которых можно впоследствии повысить. Эти реакции являются экзотермическими, что приводит к длительному хранению CO221. Первые результаты показывают, что в дополнение к хранению CO2 продукты потенциально могут использоваться в ряде применений, в том числе в качестве наполнителей, полимерных добавок, для мелиорации земель или в качестве дополнительных вяжущих материалов (SCM)21,23,24,25,26, потенциально создавая доходы в размере 14–700 евро на тонну улавливаемого CO221. В зависимости от исходного материала для реакции дополнительно могут быть выделены оксиды металлов, такие как оксиды железа, как ценный побочный продукт, который можно использовать в качестве пигментов или железной руды21,23.

Было предложено несколько видов сырья для минерализации CO2, в основном природные породы, содержащие силикатные минералы, богатые магнием или кальцием20,22, а также щелочные промышленные отходы (например, стальной шлак или летучая зола). В то время как природные горные породы привлекательны, потому что они представляют собой богатый ресурс, который можно использовать в глобальном масштабе20,24,27, промышленные отходы привлекательны, потому что они уже доступны в промышленных регионах. Тем не менее, промышленные отходы могут представлять собой более сложное сырье, поскольку со временем состав и стоимость промышленных отходов могут измениться из-за изменений в производственных процессах или изменений в законодательстве27. Чтобы обеспечить существенное сокращение выбросов за счет минерализации CO2 с использованием высоко предсказуемого сырья, мы концентрируемся на использовании природных горных пород в качестве ресурса для минерализации CO2, который является одновременно существенным и стабильным по составу, признавая при этом, что щелочные отходы также могут представлять собой подходящее сырье. в определенных условиях.