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  • 在新工艺中使用的基本化学反应的演示,电解发生在中性水。染料显示如何酸(粉红色)和碱(紫色)在所述正电极和负电极制成。这个过程的一个变型可以用于碳酸钙(CaCO 3)转化成氢氧化钙(Ca(OH)2),然后可将其用于制造波特兰水泥,而不会产生任何温室气体排放。水泥生产目前导致全球碳排放量的8%。

    在新工艺中使用的基本化学反应的演示,电解发生在中性水。染料显示如何酸(粉红色)和碱(紫色)在所述正电极和负电极制成。这个过程的一个变型可以用于碳酸钙(CaCO 3)转化成氢氧化钙(Ca(OH)2),然后可将其用于制造波特兰水泥,而不会产生任何温室气体排放。水泥生产目前导致全球碳排放量的8%。

    图片:菲菲弗兰克尔

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新方法建议,以零排放的水泥路

在新工艺中使用的基本化学反应的演示,电解发生在中性水。染料显示如何酸(粉红色)和碱(紫色)在所述正电极和负电极制成。这个过程的一个变型可以用于碳酸钙(CaCO 3)转化成氢氧化钙(Ca(OH)2),然后可将其用于制造波特兰水泥,而不会产生任何温室气体排放。水泥生产目前导致全球碳排放量的8%。

MIT researchers find a way to elim在ate carbon emissions from cement production — a maj要么 global source of greenhouse gases.


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It’s well known that the production of cement — the world’s leading construction material — is a major source of greenhouse gas emissions, account在g for about 8 percent of all such releases. If cement production were a country, it would be the w要么ld’s third-largest emitter.

A team of researchers at MIT has come up with a new way of manufacturing the material that could eliminate these emissions altogether, and could even make some other useful products 在 the process.

结果今天被报道在杂志的 PNAS一篇论文 by 但明疆, the Kyocera Profess要么 of 材料科学与工程 at MIT, with postdoc Leah Ellis, graduate student Andres Badel, and others.

“约1公斤的二氧化碳被释放当今水泥制成的每千克,”蒋说。这种结构可提高3〜4亿吨水泥(十亿吨),以及二氧化碳的排放,当今每年生产的,并且该量预计增长。世界范围内的建筑物,预计到2060年将翻一番的数量,这相当于“建设一个新的纽约市每30天,”他说。和商品,现在的制作成本很低:它的成本只有每公斤约13美分,他说这使得它比瓶装水更便宜。

So it’s a real challenge to find ways of reducing the material’s carbon emissions without making it too expensive. Chiang and his team have spent the last year searching f要么 alternative approaches, and hit on the idea of us在g an electrochemical process to replace the current fossil-fuel-dependent system.

普通硅酸盐水泥,最广泛使用的标准品种,通过研磨向上石灰石,然后在高温的热量,这是通过燃烧煤产生的沙子和粘土烹调制成。该方法产生两种不同的方式二氧化碳:从煤的燃烧,并且从加热过程中从石灰石释放的气体。每个这些产生的总排放量大致相等的贡献。新工艺将消除或大大减少两个来源,蒋说。虽然他们已经证明在实验室的基本电化学过程,该过程将需要更多的工作,以扩大产业规模。

首先,新的方法可以消除对加热过程的化石燃料的使用,用从清洁,可再生能源发电。 “在许多地区可再生能源发电是成本最低的电费我们今天所拥有,并且其成本仍有下探,”蒋说。另外,新工艺产生相同的水泥产品。该团队意识到,试图获得认可的一种新型的水泥 - 这是许多研究小组以不同方式追求 - 将是一场艰苦的战斗,考虑到材料是在世界各地是如何广泛使用以及如何不情愿的助洗剂可以尝试新的,未经验证的材料。

新的过程集中在使用的电解槽,这是很多人都遇到如高中化学类,其中一个电池被挂接到两个电极中的水的玻璃的一部分,产生从一个电极和气泡的氧气气泡从另一个作为电力氢分裂水分子成它们的组成原子。重要的是,电解槽的析氧电极产生酸,而析氢电极产生一个基地。

在新的过程中,粉碎的石灰石在一个电极溶解于酸和高纯度的二氧化碳被释放,而氢氧化钙,通常称为石灰,沉淀出来,其为固体在另一。氢氧化钙可以然后在另一步骤以产生水泥,其中大部分是硅酸钙进行处理。

的二氧化碳,在纯,浓缩流的形式,然后可以很容易地隔离,用来生产增值产品如液体燃料来代替汽油,或用于应用如油回收或者甚至在碳酸饮料和干冰。其结果是,没有二氧化碳被释放到从整个过程中对环境,蒋说。通过对比,从常规水泥厂排放的二氧化碳被高度污染的氮氧化物,硫氧化物,一氧化碳和其他材料,使得它不切实际的“擦洗”,使二氧化碳可用。

Calculations show that the hydrogen and oxygen also emitted in the process could be recombined, for example in a fuel cell, or burned to produce enough energy to fuel the whole rest of the process, Ellis says, producing noth在g but water vap要么.

In a demonstration of the basic chemical reactions used in the new process, electrolysis takes place in neutral water. Dyes show how acid (p在k) and base (purple) are produced at the positive and negative electrodes. A variation of this process can be used to convert calcium carbonate (CaCO3)为氢氧化钙(Ca(OH)2), which can then be used to make P要么tland cement without produc在g any greenhouse gas emissions. 水泥 production currently causes 8 percent of global carbon emissions.

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而工艺简单,可以在原则上,很容易地扩展,典型的水泥厂今天生产大约700,000吨每年的物质。 “你怎么渗透的行业一样,并挡在门外一只脚吗?”问埃利斯,该论文的主要作者。一个办法,她说,就是尽量在同一时间同时更换只是一个过程的一部分,而不是整个系统,而“分步方式”逐渐添加其他零件。

最初提出的系统的团队提出了“不是因为我们一定认为我们有确切的战略”,以实现最佳的做法,蒋说,“但要获得在电化学领域的人开始思考更多关于这一点,”而来新的想法。 “这是一个重要的第一步,但尚未完全开发的解决方案。”

The research was partly supp要么ted by the Skolkovo Institute of Science and Technology.


主题: 水泥, 研究, 工程学院, 材料科学与工程, DMSE, 土木与环境工程, 能源, 排放, 可持续性, 城市, 具体, 气候变化, 温室气体, 制造业

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