低碳水泥的技術正由實驗室走入商業市場

低碳水泥的技術正由實驗室走入商業市場

美國麻省理工學院的研究人員已發展出碳中和石灰的新技術,並成立了一家名為Sublime Systems的公司將新技術做商業化的實現。

在過去的一年多,美國國家科學基金會(U.S. National Science Foundation)宣布成立了技術、創新和夥伴關係理事會(TIP)。TIP 理事會在聯邦政府的支持下,已推動了不少創新技術到商業運轉的成功案例。而 色技術的發展與應用是該基金會資金投資的主要領域,這是基於美國要履行其對《巴黎氣候協定》的承諾,特別是在工業運營的脫碳技術,其通過工業排放物的碳捕集技術、實施新的加工方法或使用替代燃料等。

水泥製造工業佔工業碳排放的比例非常大,通常生產一般的卜特蘭水泥是將石灰石研磨後,再利用高溫將含二氧化矽的河砂和黏土在高溫環境下進行煅燒反應,高溫會先石灰石分解成氧化鈣和二氧化碳,同時氧化鈣再與二氧化矽反應並生成ALITE(Ca3SiO5)的物質,ALITE是構成卜特蘭水泥的主要礦物成分。

雖然傳統利用燃煤做為水泥煅燒製成的燃料可以被其他的能源替代,然而由於水泥製程的基本礦物相生成的條件要求,製程中無法避免在石灰石高溫分解所生的二氧化碳排放,因此研究人員開發了新的煅燒技術,改善了石灰石分解過程所產生的二氧化碳純度,以增加這些被排放的二氧化碳有更多的被再使用的價值和機會。研究人員是利用較低成本及熱效率較高的電能來取代燃煤,以確保水泥生產

製程所排放氣體的二氧化碳和氧的純度;這與傳統水泥窯產生所排放的煙道氣相比,二氧化碳可以很容易地從該氣流中提取出來,相較以往從傳統水泥製程提取二氧化碳的技術必須經過昂貴的胺洗滌過程才能確保可用的二氧化碳在成本上便宜許多。此外,研究人員還表示這一Sublime新技術對石灰石礦的純度要求也比較低,在原材料的選擇上有更多的選項,可以使用純度較低的石灰石或河砂或黏土物質,因為新的生產技術是利用自然純化過程,可以將非必要的雜質分離,並得到純度較高的氧化鈣生成物。

Sublime Systems 的新創公司由麻省理工學院研究人員在2020年成立後,陸續對新技術和商業化的生產流程進行了改進,讓這一新技術更接近商業化的生產優勢和條件,這些改善包含了:1. 更節能的生產 2. 減少製程中的氫氣產出量 3. 在製程的排放氣體中能更方便且經濟的將CO2和O2做分離 4. 可以在製程中的反應器中做CaO的連續提取 5. 不需再改變既有的設備,可以使用現行的電解槽設備。2023 年 1 月,Sublime Systems 宣布完成 4000 萬美元的第一輪融資。 這輪融資由專注於氣候技術的基金 Lowercarbon Capital 牽頭,現有投資者參與,包括 The Engine、Energy Impact Partners 等。此外,東南亞最大的水泥生產商暹羅水泥集團Siam Cement Group也計劃作為戰略投資者加入。Sublime Systems 計劃到 2025 年建設和運營第一個商業示範工廠,然後到 2026到2027 年間再投資建設一個年產百萬噸的水泥廠,並將在2028 年投入運營。

美國新澤西州最近簽署了一項法案,鼓勵在該州的新建築項目能使用碳排放量低的混凝土。如果Sublime Systems能順利將新技術商業化後,他們將依勢著清潔生產的技術和國家減碳的政策趨勢,購買高排碳的生產產業如鋼鐵、混凝土、瀝青和玻璃等工廠並進行低碳生產的改造。

本為取材自The American Ceramic Society (March 24, 2023)