Není žádným tajemstvím, že výroba betonu nebo přesněji řečeno cementu je noční můrou všech, kdo se strachují o osud atmosféry. Při konvenční výrobě vápna do cementu se vápenec strčí do pece a žhaví se na 1 400 °C. To samozřejmě spolyká ohromnou spoustu fosilních paliv. Snad ještě horší ale je, že vápenec je, pokud jde o hmotnost, z poloviny tvořený oxidem uhličitým. Ten se při zahřívání mohutně uvolňuje a je obtížné mu zabránit proniknout do atmosféry.
Výsledkem toho všeho je, že na každou vyrobenou tunu cementu vznikne tuna emisí oxidu uhličitého. V roce 2022 to bylo celosvětově asi 4,1 miliard tun emisí oxidu uhličitého, z toho více než polovina v Číně. Cement je významným hráčem v lidském vlivu na atmosféru. V současné době zodpovídá asi za 8 procent globálních emisí uhlíku.
Společnost Sublime Systems, která je spinoutem amerického institutu MIT, by to ráda změnila. Vymysleli nejméně fosilní cement na světě, jehož vápno, namísto rozžhavených pecí poháněných fosilními palivy, vzniká v elektrolyzéru za pokojové teploty, při použití širokého spektra surovin. Jde o tzv. „true zero carbon“ přístup, který zahrnuje eliminaci emisí v obou zmíněných neuralgických bodech výroby cementu – vytápění pecí a zahřívání surovin.
Jak vysvětlují Leah Ellis, a Yet-Ming Chiang z vedení Sublime Systems, jejich postup výroby vápna pro cement je naprosto odlišný. Elektrolýzou, kterou by měla pohánět obnovitelná elektřina, rozkládají vodu o téměř neutrálním pH na plynný vodík a kyslík. Při tom vzniká gradient pH mezi elektrodami. Minerál obsahující vápník reaguje s kyselinou vytvořenou na anodě za vzniku iontů vápníku, které se pak pohybují v roztoku směrem ke katodě. Když se pH zvýší na nejméně 12,5, dojde k reakci na katodě, při které se vápník vysráží v podobě pevného hydroxidu vápenatého, čili hašeného vápna. Při tomto postupu lze využít běžně dostupná zařízení pro elektrolýzu.
Proces je velmi flexibilní a funguje s rozmanitými surovinami, pokud jsou dostupné. Může využívat vápenec, pokud je levný. Při tom sice dochází ke vzniku nějakých emisí uhlíku, jsou ale mnohem nižší, než při klasické výrobě cementu, a lze je mnohem snadněji zachycovat. V případě „true zero carbon“ cementu je nutné získávat vápník z jiných zdrojů, například z nečistot v oxidu křemičitém, hořčíku, železu nebo hliníku. Vše přitom probíhá za pokojové teploty.
Pokud jde o finanční náklady, odborníci odhadují, že by se elektrolyzovaný cement měl prodávat za cenu asi o 15-158 procent vyšší než cena standardního cementu. Sublime Systems původně začínali s výrobou gramových množství. Teď mají k dispozici výrobní zařízení, které produkuje 100 tun cementu ročně. V roce 2026 plánují spustit pilotní továrnu s kapacitou asi 25 tisíc tun ročně. Pokud uspějí, měla by se v letech 2027-28 rozjet plnohodnotná továrna, co ročně vyrobí asi 1 milion tun elektrolyzovaného cementu. Sublime Systems věří, že se z toho stane revoluce ve výrobě betonu.
Video: Decarbonizing Cement | Leah Ellis | TEDxBoston
Video: Can Cement be a Climate Change Solution? | Sublime Systems
Literatura
Úspěch materiálové vědy: Kvalitní beton s plnivem ze starých pneumatik
Autor: Stanislav Mihulka (13.08.2022)
Překvapivé řešení: Bylo konečně odhaleno tajemství římského betonu?
Autor: Stanislav Mihulka (07.01.2023)
Cement se sazemi promění beton na prakticky využitelný superkapacitor
Autor: Stanislav Mihulka (03.08.2023)
Diskuze:
Subverse!: Sub where? :: sky, water, lawn, pyramide (geopolymere), concrete, acid, rotary kiln?... electrolytic lime!! .
Josef Hrncirik,2023-09-24 11:07:46
Společnost SubLime Systems, která je spinoutem amerického institutu MIT vymyslela nejméně fosilní cement na světě, jehož vápno, namísto rozžhavených pecí poháněných fosilními palivy, vzniká v elektrolyzéru za pokojové teploty, při použití širokého spektra surovin. Jde o tzv. „true zero carbon“ přístup, který zahrnuje eliminaci emisí v obou zmíněných neuralgických bodech výroby cementu – vytápění pecí a zahřívání surovin.
Do Elektrolyzéru pro výrobu cementu obr.1 Kredit: Sublime Systems, proudí elektrony po nasypání z cýblu hadičkami; pokud to není ?filtr či ?? CO???
Josef Hrncirik,2023-09-25 09:48:54
Z obr.3 je Vy děti, že vlhký vápenný koláč je nutno vysušit a pomlít na jemnost cementu (mouky dvounulky), či nejlépe nočním proudem připálit na CaO a teprve potom pomlít.
To dá rozum, že totéž musíme provést i s kyselou složkou (silika, alumina či jejich jasně nejasné reaktivní (amorfní dehydratované?) formy. Aby to nezatuhlo v kontejnerech na moři, musí se to mísit až v míchačce.
Šéma na obr.2 je s prostě zjednodušeno pro prosté prosťáčky. Hnát minerál napříč pracujícím elektrolyzérem je technologický nesmysl z mnoha důvodů. Smysl má v elektrolyzeru s membránami rozložit koncentrovaný roztok vhodné soli na odpovídající louh NaOH či KOH a kyselinu. V kyselině pak bez proudu rozpustit z pomletého vhodného?! vápenatého silikátu? jeho alkalickou složku, oddělit nerozpustný siliko...- ev. aluminio...vý podíl. Silikáty C3S či C2S se v technologickém množství nikde v přírodě nyvyskytují. Amorfní stačily zkrystalizovat či zhydratovat a tím jsou nezajímavé.
Ani CS (wollastonit není levný a rozšířený. Sádrovec je příliš málo rozpustný aby mohlo fungovat technologické srážení louhem na vápno a síran sodný. Jako naschvál proběhne reakce opačná.
Ještě horší je to s fosfáty.
Jediná průmyslová šance je použít odpadní CaCl2 z výroby sody. Vysrážením louhem dostanu zelené vápno a NaCl nad Au. Ze soli elektrolýzou vyrobím (zrecykluji) louh ale jako nutné zlo musím přikoupit HCl na čištění clozetů. Kadibudka se již leskne nad Au, ale kam se stále přibývající HCl? Elektrolysere už mě to (nevař)! Nakoupím drahý CS, asi bych ho měl aktivovat žehem jako lepidolit při extrakci Li, pomlít a vyluhovat Ca. Sláva, máme aspoň svůj odpadní CaCl2 a pokud byl před loužením žíhán, i možná aktivní SiO2. Vše nutno odfiltrovat (odstředit, promýt vodou, v cementu nemají být chloridy, vysušit, promývací roztok vodu zakoncentrovat k recyklaci elýzou.
Možná si trochu pomůžu se sírany, dusičnany či fosforečnany. Pro dnešní výrobu cca 4 Gt cimentu je nutno "zazdít" cca (zhruba je cement řekněme cca 65 hm. dílů CaO (či 116 CaCO3) zreagovaných s 23 díly SiO2 do směsi poměrově cca 55 dílů C3S a 23 dílů C2S) 4 Gt*65/(65+23)=3,2 Gt CaO tj. 3,2*100/56 = 5,7 Gt zmizelého CaCO3 či ?? 6,3 Gt doposud nezvěstného CaCl2. Pokud by dekarbonizované (zelené) vápno bylo vyrváno z apatitu cca Ca3(PO4)2 M=cca 316 Da dá max. 3*56= 168 CaO. Schůdných je cšak jen 1/-2/3. Okyselit je pak třeba nikoliv jen 3,2*316/168=6,1 Gt apatitu na ýberhypercuperfosfát (H3PO4) ale s velkým štěstím 12,6 Gt apatitu okyselených na neobyč. trojitýsuper. či 18,3 Gt okyselených na obyč. super..
Momentální těžba Mt/y: PRC 85; Maroko 40; Uzbek. 21; Putin 13; Odhad svět rezerv 65 Gt; z toho Maroko 50
In most cases, the Solvay process, or a modified Solvay process are used to produce synthetic soda ash from limestone and salt. Currently almost 70 million tons of salt are used per year to produce synthetic soda ash, which makes soda ash the second largest end use for salt after chlor-alkali.
To je ekvivalentní cca 70*56/(23+35)*2 = 34 Mt CaO; optimysticky i s chlor-alkali cca 0,1 Gt
Kde udělali soudruzi z NDR mistake?
Na Maroko by včas stačilo 10 Gt.
Leah Ellis porušila zákon zachování hmotnosti slona slona!
Josef Hrncirik,2023-09-21 14:24:17
Cca v 1" 18 s ve ví Deu tvrdí"..."10 t cementu = 2 elefants a za necelou minutu cca v 2"10 s ... "100 t = 12 elefants + 4 elefants coal...", nehledě na DPH či HDP +33% of elephants.
Energie
Petr Novotny dc,2023-09-21 12:43:04
Tahle věta "Elektrolýzou, kterou by měla pohánět obnovitelná elektřina" , přesně vystihuje 90% těchto EKO projektů.
Všichni předpokládají ,že budou mít pro ten svůj projekt nekonečné množství "obnovitelné elektřiny" nejlépe zadarmo.
Takže ve výsledku je vše to o tom , kdy budeme mít konečně dostatek energie. Což ostatně věděli autoři scifi již na začátku minulého století.
Re: Energie není peo flexi(de)bilní chemiky problém
Josef Hrncirik,2023-09-21 15:48:17
Jak vysvětlují Leah Ellis, a Yet-Ming Chiang z vedení Sublime Systems, jejich postup výroby vápna pro cement je naprosto odlišný. ..." ...Elektrolýzou, kterou by měla pohánět obnovitelná elektřina, rozkládají vodu o téměř neutrálním pH na plynný vodík a kyslík. ..."
(Jak někomu ne známo, čistá voda prakticky nevede a proto se nedá rozumnou rychlostí elektrolytovat.)!
"...Při tom vzniká gradient pH mezi elektrodami. ..."
(Ten vznikne teprve elektrolýzou soli v pú vodně čisté vodě rozpuštěné;
Kde je ta H2O?Voli ji Vy Pily nebo zplynovali na 2 H2 + O2!)
"...Minerál obsahující vápník reaguje s kyselinou vytvořenou na anodě za vzniku iontů vápníku, které se pak pohybují v roztoku směrem ke katodě. Když se pH zvýší na nejméně 12,5, dojde k reakci na katodě, při které se vápník vysráží v podobě pevného hydroxidu vápenatého, čili hašeného vápna. Při tomto postupu lze využít běžně dostupná zařízení pro elektrolýzu. ..."
(Kde jsou Ti Mineráli za(Pa)ko Páni?
Při výrobě 1 elefanta sody spotřebuji cca 1 elefanta soli a 1 elefanta vápence a dostanu cca 1 elefanta chloridu vápenatého. Stechiometrie se dá zcela přesně vyčíslit nekonečně mnoha způsoby použitím samců a samic správného věku slonů indických, afrických a mammothů.
Při elektrolýza 1 malého mammotha CaCl2 by oxidací Cl- vznikal jen poměrně málo jedovatý až neprodejný Cl2 a na katodě Ca. Pálené vápno pálený chemik snadno získá pálením vápníku ve velmi suché vodní sauně. Přitom vzniká zelený H2, mnohem brčálovitější než nejzelenější Cl2.
Z těchto khaki zelených plynů vyrobíme zelenou energii a zelenou kyselinu solnou.
Kam s ní? Smíchat ji se sodou a smíchy a uvolněným CO2 se potrhat!
S komplikovanými elektrodami a membránami by se dala provést hydrolýza CaCl2 + 2 H2O = Ca(OH)2 + 2 HCl a nechat ji nenápadně schovanou na jiném řádku, nebo s ní rozpustit CaCO3 a z CO2 vyrobit slůně di amantů.)
"... Proces je velmi flexibilní a funguje s rozmanitými surovinami, pokud jsou dostupné. Může využívat vápenec, pokud je levný. Při tom sice dochází ke vzniku nějakých emisí uhlíku, jsou ale mnohem nižší, než při klasické výrobě ce(de)mentu, a lze je mnohem snadněji zachycovat. V případě „true zero carbon“ ce(de)mentu je nutné získávat vápník z jiných zdrojů, například z nečistot v oxidu křemičitém, hořčíku, železu nebo hliníku. Vše přitom probíhá pokojně za pokojové teploty. ..."
Kdybych měl Ca v Al letadla, byl bych nepokojnější než Prigogine.
Zdeněk Votava,2023-09-21 11:47:14
Při pálení vápna vzniká rozkladem CaCO3 na CaO a CO2, což je součástí i cementu.
Ale při zrání cementu je reakce opačná a CO2 je zase zpětně vázán. Takže produkce CO2 navíc je způsobena jen spálením paliva na dosažení vysokých teplot pro reakci. A kde vezmeme energii na elektrolýzu? Nebude to náhodou stejné?
Re:
Marek Holub,2023-09-21 15:28:44
Nikoli, při zrání betonu dochází k molekulárnímu vázání vody a krystalizaci s ní, ne k vázání CO2. Beton je převážně křemičitan vápenatý s příměsí hlinitanu (a písek). Vápence je v něm velmi málo. Když polejete běžný beton kyselinou, tak nešumí, vápenec či vápenná malta ano. CO2 uvolněné při pálení cementu se skutečně nenavrací do vápence, zůstává v atmosféře. Na druhou stranu článek je o výrobě vápna nikoli cementu, i když se tak tváří.
Libor Zak,2023-09-21 08:26:23
A jsme zase u dotovaného výzkumu, který jako osvědčení princip vydolování státních (tentokráte amerických) peněz využívá osvědčenou modlu obnovitelných zdrojů. V USA je to možná využitelné, poblíž pouštních lokací, kde je celoročně slunečno. Na druhou stranu se zde ve jménu záchrany planety devastuje pouštní biotop (Poušť není mrtvá pustina, jak si někdo může špatně vydedukovat).
Obnovitelné zdroje jsou při jejich současné úrovni kravina. Stejně to potáhnou uhelné elektrárny nebo v daleko lepším případě jaderky. Z dlouhodobého hlediska by dával smysl i budovat geotermální hloubkové vrty, technologie už patrně je, politická vůle a dotace ale ne. Do fúzních elektráren je pořád 50 let daleko. Do prvních prototypů možná už jen 20 let "možná", ale do jejich rozšíření 50 nebo spíš více.
Nerad bych výzkum odsoudil rovnou, do budoucna,za 50 nebo 100 let možná přínosný bude. Nebo třeba na Islandu, kde mají přebytky geotermální elektřiny. Ale jinde je to zatím jen důl na státní peníze. A zase nerad bych jim křivdil, možná nemají jinou možnost, jak přilákat pozornost, než omýlat pořád dokola na sto let dopředu vyčerpanou a předraženou energii z dnešních obnovitelných zdrojů.
Marek Holub,2023-09-21 08:18:16
Jde o výrobu vápna Ca(OH)2 nikoli cementu, kde je zahřívání nezbytné pro vznik křemičitanů a dalších sloučenin. Elektrolýza má nevýhodu, že vzniká automaticky vápno hašené. Také efektivita elektrolýzy zejména ve vodním roztoku není z fyzikální podstaty příliš efektivní proces. Při pálení vzniká CaO a CO2. Při elektrolýze vzniká Ca (resp. H2 následnou okamžitou reakcí s vodou) a O2 a CO2. Redukce na prvky je výrazně energeticky náročnější než štěpení uhličitanu.
cement?
Jakub Fiala,2023-09-21 05:57:48
Podle článku mi připadne, že nejde o výrobu cementu což je v případě portlandského slínku směs kalcium silikátů.
Re: Dementi? Tiskové nebo tiskoví?
Josef Hrncirik,2023-09-21 20:14:37
Nabeton nejde o ciment ale o brain beton calcification.
"...Při konvenční výrobě vápna do cementu se vápenec strčí do pece a žhaví se na 1 400 °C..."
Po těchto SSloveSSech Hora pak SSinai všecka se kouřila, proto že SSStou pil na ni Hospodin vohni, a vySStupoval dým její jako dým z vápenice, a třásla se všecSSka Hora velmi hrubě.
Cement se skládá z tzv. slínkových minerálů, jedná se o komplexy skládající se z různých oxidů a existuje jich celkem asi 20. Mezi nejběžnější patří však patří následující čtyři:
systematický název triviální název zjednodušený vzorec chemický vzorec
trikalciumsilikát alit C3S 3CaO · SiO2
dikalciumsilikát belit C2S 2CaO · SiO2
tetrakalciumaluminiumferit celit C4AF 4CaO · Al2O3 · Fe2O3
trikalciumaluminát - C3A 3CaO · Al2O3
Pro zápis se používá zjednodušení: CaO je označován jako C, SiO2 jako S, Al2O3 jako A, Fe2O3 jako F a SO3 jako S či Š.
Typické složení strusky pro výrobu portlandského cementu:
Struska Hmotnostní podíl % Cement Hmotnostní podíl %
Trikalcium silikát C3S 45–65% C – Oxid vápenatý, CaO 62–67%
Dikalcium silikát C2S 15–30% S – Oxid křemičitý, SiO2 20–25%
Trikalcium aluminát C3A 1–8% A – Oxid hlinitý, Al2O3 3–7%
Tetrakalcium aluminoferit C4AF 8–15% F – Oxid železitý, Fe2O3 2–5%
Sádra 1–3% Sulfát 1–2%
Type I portlandský cement je známý jako běžný cement. Je to předpokládaný běžný cement, pokud není určen jiný typ. Běžně je používán pro základní konstrukce, zvláště pro litý a předpjatý beton, který nebude v kontaktu se zemí a spodní vodou. Běžné hm. složení tohoto typu je:
55%(C3S), 19%(C2S), 10%(C3A), 7%(C4AF), 2,8% MgO, 2,9%(SO3), a 1,0% volný CaO
!1,0% tepelné ztráty?
Yak vidno zříti, zhruba je cement řekněme cca 65 hm. dílů CaO zreagovaných s 23 díly SiO2 do směsi poměrově cca 55 dílů C3S a 23 dílů C2S
Prostě např. slinuji 23 dílů křemičitého písku s 65 díly páleného vápna, k jehož přípravě bylo spotřebováno cca 116 dílů vápence, tj. na 1 elefanta mletého bílého písku potřebuje Leah Ellis 5 elefantů vápence a n běžných pokojových elektroly-
serů na sádrovec nebo na 2 věci fluo rit a patit.
Elektro lyzujíce o 100 péro, musí však nasliňovat a zaslinit 99% zne užitého C (neb ergo yen 1,0% volný CaO).
Zase dřu jak BLM na Ty honácké s pekulanty.
Čao.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
