Традиционное производство портландцемента требует нагрева смеси известняка и кремнезема до температуры около 1450 °C. При этом углекислый газ образуется сразу по двум причинам: из-за сжигания топлива для разогрева печей и в результате химического разложения карбоната кальция (известняка).
Авторы новой работы заменили самый энергоемкий этап электрохимической обработкой. В специальном реакторе известняк и кремнезем превращаются в гидраты силикатов кальция при температуре всего около 60 °C. Затем полученный материал обжигают при 650 °C — более чем в два раза ниже температуры, необходимой для традиционного производства клинкера.
Поскольку основной процесс идет за счет электричества, а не сжигания топлива, его можно питать энергией из возобновляемых источников. Это практически устраняет выбросы, связанные с нагревом.
Еще более впечатляющие результаты удалось получить, когда вместо природного известняка исследователи использовали переработанные бетонные и цементные отходы после сноса зданий. В этом случае выбросы составили всего около 20 кг CO₂ на тонну клинкера — почти на 98% меньше, чем при производстве обычного портландцемента. Одновременно технология помогает перерабатывать строительный мусор, который сегодня часто отправляется на полигоны.
Получаемый материал представляет собой белитовый цемент. Он особенно подходит для крупных инфраструктурных сооружений — плотин, мостов и массивных фундаментов, поскольку при твердении выделяет меньше тепла и снижает риск образования трещин. При этом его химический состав и эксплуатационные свойства сопоставимы с традиционными цементами.
Пока технология продемонстрирована на лабораторном уровне. Следующим этапом станет масштабирование электрохимических реакторов и интеграция процесса в промышленное производство. Если это удастся, отрасль, считающаяся одной из самых сложных для декарбонизации, сможет значительно сократить свой вклад в изменение климата.
