Revoluční cement: Jak výroba z čediče místo vápence může snížit emise CO2 až o 30 %

Výroba cementu je jedním z největších znečišťovatelů planety, zodpovědná za přibližně 8 % celosvětových emisí oxidu uhličitého. Značná část těchto emisí pochází z přímého procesu přeměny vápence na vápno, kdy se uvolňuje CO2.

Výroba cementu je jedním z největších znečišťovatelů planety, zodpovědná za přibližně 8 % celosvětových emisí oxidu uhličitého. Značná část těchto emisí pochází z přímého procesu přeměny vápence na vápno, kdy se uvolňuje CO2. Tyto „přímé procesní emise“ jsou dokonce o něco vyšší než emise ze spalování paliva potřebného k ohřevu pecí.

Nová studie publikovaná v časopise Communications Sustainability však navrhuje radikální změnu: přestat používat vápenec. Materiál známý jako „portlandský cement“ se vyvíjel od 19. století a jeho výroba spočívá v zahřívání vápence (uhličitanu vápenatého) a přidávání látek jako jíl nebo uhelný popel. Tím se získá oxid vápenatý (vápno), ale zároveň se uvolní CO2, když se z uhličitanu odebere atom kyslíku.

Autoři nové studie, včetně generálního ředitele a inženýra společnosti, která již v laboratorním měřítku vyrobila portlandský cement ze silikátových hornin, jako je čedič, ukazují cestu. Čedič obsahuje směs minerálů včetně vápníku, hliníku, železa, hořčíku, sodíku, křemíku a kyslíku – ale ne uhlíku. Základní myšlenka je, že k získání oxidu vápenatého není potřeba vápenec.

Proces uvolňování těchto složek z čediče připomíná spíše rafinaci nebo recyklaci než jednoduché zahřívání vápence. K vyluhování prvků, jako je vápník, lze použít kyselinu, a poté chemický nebo energetický proces vysráží vápník jako hydroxid vápenatý. Ten se pak zahřívá v peci s vybranými přísadami, a to s menším množstvím tepla než u vápence, přičemž se uvolňuje pouze vodní pára. Tyto kroky, spolu s následnými reakcemi na obnovu kyseliny nebo jiných chemikálií do použitelného stavu, samozřejmě zvyšují náklady a spotřebu energie. Při současných technikách by však tento proces vyžadoval více než dvojnásobné množství energie oproti tradiční výrobě z vápence.

Zajímavé je, že z termodynamického hlediska vyžaduje chemická přeměna minerálů z čediče na oxid vápenatý jen asi polovinu energie ve srovnání s přeměnou z vápence. Problém spočívá v tom, že naše současné techniky pro usnadnění této chemické přeměny jsou poměrně neefektivní, takže se ani zdaleka nepřibližujeme teoreticky možnému potenciálu. Vědci však poznamenávají, že existují laboratorní techniky, které by mohly výrazně zlepšit účinnost, pokud by se daly aplikovat ve velkém měřítku. I kdybychom se drželi dvojnásobné spotřeby energie, výroba portlandského cementu z čediče by výrazně snížila emise CO2, protože by se eliminovalo přímé uvolňování CO2 z vápence a celý proces by mohl běžet na elektřinu.

Při použití elektřiny z energetické sítě dominované fosilními palivy by se emise snížily téměř o 30 %. Použití čisté elektřiny by eliminovalo většinu zbývajících emisí. Hlavní překážkou je však cena, která často převáží nad ohledy na udržitelnost životního prostředí. Existuje ale další zajímavý aspekt této myšlenky: ostatní složky čediče mají také hodnotu. Železo, hořčík a hliník by mohly být také odděleny a získány, a zbylý silikátový materiál by mohl sloužit jako přísada pro portlandský cement namísto například uhelného popela. Pokud by se tyto kroky prováděly společně, proces by se mohl stát ekonomicky životaschopnějším.