На обширном травянистом поле в северном Вайоминге угольная электростанция скоро будет производить больше, чем просто электричество. Неповоротливый объект будет также создавать строительные материалы, предоставляя ученый углекислого газа из его потока выхлопных газов .
Команда из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе разработала систему, которая превращает «отработанный CO 2 » в серые бетонные блоки. В марте исследователи переедут в Комплексный испытательный центр Вайоминга , часть электростанции Dry Fork недалеко от города Джилетт. Во время трехмесячной демонстрации команда UCLA планирует откачивать полтонны CO 2 в день из дымовых газов завода и производить 10 тонн бетона в день.
«Мы создаем первую в своем роде систему, которая покажет, как это сделать в масштабе», - сказал Гаурав Сант , профессор гражданского строительства, возглавляющий команду.
Carbon Upcycling UCLA - одна из 10 команд, участвующих в финальном раунде NRG COSIA Carbon XPrize . Глобальная конкуренция направлена на разработку прорывных технологий для преобразования выбросов углерода в ценные продукты. Еще четыре финалиста демонстрируют проекты в Вайоминге, в том числе CarbonCure , канадский стартап по производству экологически чистого бетона, и Carbon Capture Machine , шотландское предприятие, специализирующееся на строительных материалах. (Еще пять команд соревнуются на газовом заводе в Альберте, Канада.)
Во всем мире сотни компаний и исследовательских групп работают над тем, чтобы не допустить попадания CO 2 в атмосферу и сохранить его где-нибудь еще, в том числе в глубоких геологических образованиях, почвах, пузырьках соды и бетонных блоках. По словам Джианы Амадор , управляющего директора некоммерческой организации Carbon180, находящейся в Окленде, штат Калифорния, превратив отходы CO 2 во что-то рыночное, предприниматели могут начать получать доходы, необходимые для масштабирования своих технологий .
По данным Carbon180 [PDF], потенциальный мировой рынок отходов CO 2 может составлять 5,9 триллиона долларов в год, из которых 1,3 триллиона долларов составляют цемент, бетон, асфальт и заполнители . Амадор отметил постоянный и растущий мировой спрос на строительные материалы, а также растущее движение в штатах США и других странах по сокращению выбросов, связанных со строительством.
Цемент, ключевой ингредиент бетона, занимает особенно большое место. Его получают путем нагревания известняка с другими материалами, и в результате химических реакций могут образовываться значительные выбросы CO 2 . Обжигающие, энергоемкие печи добавляют еще больше. По данным аналитического центра Chatham House, в мире ежегодно производится 4 миллиарда тонн цемента, и в результате на эту отрасль приходится около 8 процентов мировых выбросов CO 2 .
Шлакоблок, изготовленный с использованием системы углерод-бетон UCLA.
Фото: UCLA / CO2Concrete
Бетонный блок, изготовленный с использованием системы углерод-бетон UCLA.
Цементную промышленность действительно трудно обезуглерожить, и сегодня у нас не так много рентабельных решений », - сказал Амадор. Она добавила, что проекты по «утилизации углерода» могут начать восполнять этот пробел.
Инициатива Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе началась около шести лет назад, когда исследователи изучали химический состав стены Адриана - римской структуры, построенной почти 1900 лет назад в северной Англии. Каменщики построили стену, смешав оксид кальция с водой, а затем позволив ей поглотить CO 2 из атмосферы. В результате реакции образовался карбонат кальция или известняк. Но для завершения этого процесса цементирования могут потребоваться годы или десятилетия, а по сегодняшним меркам это невообразимо долгое ожидание. «Мы хотели знать, как ускорить эти реакции?» - вспоминал Сант.
Ответом был портландит или гидроксид кальция. Компаунд комбинируется с заполнителями и другими ингредиентами для создания начального строительного элемента. Затем этот элемент попадает в реактор, где вступает в контакт с дымовым газом, выходящим непосредственно из дымовой трубы электростанции. В результате реакции карбонизации образуется прочный строительный компонент, похожий на бетон.
Сант сравнил процесс с выпечкой печенья. Поработав с ингредиентами, температурами отверждения и потоком CO 2 , они нашли способ, по сути, превратить влажное тесто в хлебобулочные изделия. «Вы кладете его в конвекционную печь, и когда они выходят, они готовы к употреблению. Это точно то же самое », - сказал он.
Carbon Upcycling UCLA забирает углекислый газ непосредственно из выхлопных газов угольной электростанции и преобразует его в строительные блоки из шлака.
Иллюстрация: UCLA / CO2Concrete
Углеродная переработка UCLA забирает углекислый газ непосредственно из выхлопных газов угольной электростанции и превращает его в бетонные строительные блоки.
Система UCLA уникальна среди технологий зеленого бетона, поскольку не требует дорогостоящего этапа улавливания и очистки выбросов CO 2 от электростанций. Сант сказал, что подход его команды пока единственный, который напрямую использует поток дымовых газов. Группа создала компанию CO 2 Concrete для коммерциализации своей технологии со строительными компаниями и другими промышленными партнерами.
После Вайоминга Сант и его коллеги демонтируют систему и перевезут ее в Уилсонвилл, штат Алабама. Начиная с июля, они будут повторять трехмесячный пилотный проект в Национальном центре улавливания углерода , исследовательском центре, спонсируемом Министерством энергетики США.
В сентябре команда UCLA узнает, выиграли ли они Carbon XPrize за 7,5 миллионов долларов, хотя Сант сказал, что не беспокоится о результате. «Победа - это здорово, но мы действительно сосредоточены на том, чтобы изменить ситуацию и [добиться] коммерциализации», - сказал он.