Phương pháp sản xuất xi măng xanh không phát thải

Hiện nay, xi măng Portland thông thường, loại xi măng tiêu chuẩn được sử dụng rộng rãi, sản xuất bằng cách nghiền đá vôi và sau đó nấu với cát và đất sét ở nhiệt độ cao, được tạo ra bằng cách đốt than. Quy trình này sản sinh carbon dioxide (CO2) theo hai cách khác nhau: từ đốt than và khí thải từ đá vôi trong quá trình đốt nóng. Bình quân, mỗi năm có từ 3-4 tỉ tấn xi măng được sản xuất, mà để sản xuất 1kg xi măng thông thường sẽ thải ra khoảng 1kg CO2. Thực tế là CO2 phát ra từ các nhà máy xi măng thường bị ô nhiễm nặng oxit nitơ, oxit lưu huỳnh, CO và các vật liệu khác, khiến không thể sử dụng được, do đó khối lượng phát thải khí nhà kính từ hoạt động sản xuất xi măng là rất lớn, chiếm đến 8% tổng phát thải.

Việc đổi mới công nghệ để giảm thiểu tiến tới triệt tiêu khí thải có hại như CO2 đang diễn ra mạnh trong ngành sản xuất xi măng.

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng quy trình điện hóa để thay thế hệ thống phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch hiện nay. Quy trình mới sẽ loại bỏ hoặc giảm mạnh cả hai nguồn thải đó. Trước hết là loại bỏ sử dụng nhiên liệu hóa thạch cho quá trình sưởi ấm, thay thế điện được tạo ra từ các nguồn sạch, tái tạo.

Trong trình diễn tại phòng thí nghiệm, nhóm nghiên cứu đã thực hiện các bước điện hóa quan trọng cần có, sản xuất vôi từ canxi carbonate, nhưng trên quy mô nhỏ. Quy trình mới tập trung vào sử dụng máy điện phân, trong đó pin được nối với hai điện cực trong một cốc nước, tạo ra bong bóng oxy từ một điện cực và bong bóng hydro từ bên kia khi điện tách các phân tử nước thành các nguyên tử cấu thành của chúng. Điều quan trọng, điện cực tạo nên oxy của máy điện phân tạo ra axit, trong khi điện cực tạo hydro sản sinh tạo ra một bazơ.

Trong quy trình mới, đá vôi nghiền thành bột được hòa tan trong axit ở một điện cực và CO2 có độ tinh khiết cao được giải phóng, trong khi canxi hydroxit, thường được gọi là vôi, kết tủa dưới dạng chất rắn sẽ được xử lý trong một bước khác để sản xuất xi măng, chủ yếu là canxi silicat, còn CO2 ở dạng lỏng tinh khiết, cô đặc, có thể dễ dàng được cô lập và khai thác để sản xuất các sản phẩm giá trị gia tăng như nhiên liệu lỏng để thay thế xăng hoặc sử dụng cho các ứng dụng như thu hồi dầu, thậm chí trong đồ uống có ga và đá khô. Kết quả là không có CO2 được thải ra môi trường từ toàn bộ quy trình này.

Các tính toán cho thấy hydro và oxy cũng phát ra trong quá trình này có thể được kết hợp lại như trong pin nhiên liệu hoặc được đốt cháy để sản sinh đủ năng lượng cung cấp năng lượng cho toàn bộ quá trình, mà chỉ tạo ra hơi nước. Dù công nghệ này đơn giản nhưng về nguyên tắc có thể dễ dàng mở rộng quy mô.