صنعت سیمان، سومین کشور آلاینده دنیا؛ چگونه می‌توان سیمان را کربن‌زدایی کرد؟
محققان می‌گویند اگر صنعت سیمان کل دنیا را یک کشور در نظر می‌گرفتیم، این صنعت می‌توانست جایگاه سومین کشور بزرگ دنیا در تولید کربن آلاینده را کسب کند.
به گزارش «انرژی امروز» نشریه اکونومیست در گزارش بخش اقلیمی خود نوشت: دنیا هر سال کمی خاکستری می‌شود. بر اساس مقاله‌ای که در سال 2014 منتشر شد، بتن، ماده سنگدانه‌ای که از اختلاط سیمان، شن و ماسه ساخته می‌شود، پس از آب، دومین ماده پرمصرف در جهان است. هر سال به ازای هر فرد در روی کره زمین حدود سه تن از این ماده ساخته می‌شود.
تمام این ساختمان‌هایی که با بتن ساخته شده‌اند نه تنها بر سطح زمین بلکه بر جو آن نیز تأثیر می‌گذارد. تولید سالانه حدود 5 میلیارد تن سیمان، که ضروری ماده برای ساخت بتن است، مسئول انتشار حدود 8 درصد از گازهای گلخانه‌ای تولید شده توسط انسان در جهان است. اگر صنعت سیمان یک کشور بود، پس از چین و آمریکا سومین تولید کننده دی اکسید کربن بود.
محققان در تلاشند تا راه‌هایی برای کاهش این انتشارات بیابند، اما این کار به آسانی امکان‌پذیر نیست. مواد جایگزین، مانند الوار مهندسی شده، می‌توانند جایگزین بتن در برخی ساختمان‌ها شوند. افزودنی‌ها می‌توانند میزان سیمان مورد نیاز برای ساخت بتن را کاهش دهند، اما مشکل را به طور کامل حل نمی‌کنند. سازندگان سیمان همچنین به دنبال جذب کربنی هستند که کارخانه هایشان منتشر می‌کنند و آن را در زیر زمین ذخیره می کنند. اما علیرغم چند آزمایش در مقیاس کوچک در نیروگاه‌ها و سکوهای نفتی، جذب کربن فناوری است که هنوز نمی‌توان به آن تکیه کرد.
خوشبختانه ایده دیگری در حال شکل گیری است. در اوایل ماه مه، در موسسه پردازش مواد، مرکز تحقیقاتی صنعتی در میدلزبرو در شمال شرق انگلستان، شش تُن از آنچه که ادعا می‌شد اولین سیمان بدون آلایندگی جهان است، ساخته خواهد شد. ممکن است این مقدار ناچیز به نظر برسد، اما احتمالا باید برای نشان دادن میزان عملکرد سیمان کافی باشد. اگر همه چیز طبق برنامه پیش برود، شرکت سیمان الکتریک کمبریج، شرکتی که این ایده را مطرح کرده، قصد دارد تولید خودش را افزایش دهد و از این مواد در یک پروژه ساخت و ساز واقعی استفاده کند.
دلیل اینکه سیمان به‌سختی کربن‌زدایی می‌شود در شیمی نحوه ساخت آن نهفته است. عنصر اصلی ساخت آن سنگ آهک است که عمدتا کربنات کلسیم است. این ماده هم حاوی اکسیژن و هم کربن است. سنگ آهک با خاک رس حاوی سیلیس و مواد دیگر مخلوط می‌شود و سپس در یک کوره دوار تا دمای بیش از 1400 درجه سانتیگراد گرم می‌شود. یک واکنش شیمیایی به نام کلسینه کردن، کربن را از سنگ آهک خارج می‌کند و آهک تولید می‌کند. سپس کربن با اکسیژن ترکیب می‌شود و دی‌اکسید کربن تشکیل می‌شود.
آنچه می‌ماند توده‌های آهکی از ماده‌ای به نام کلینکر است. این ماده سرد شده و آسیاب شده و به پودر سیمان تبدیل می‌شود. حدود نیمی از انتشار دی‌اکسید کربن حاصل از تولید سیمان به تنهایی از واکنش کلسینه کردن حاصل می‌شود (بقیه عمدتاً از استخراج سنگ آهک و گرم کردن کوره تولید می‌شود). در مجموع به ازای هر تن سیمان حدود یک تن دی‌اکسید کربن تولید می‌شود.
سیریل دونانت و همکارانش در دانشگاه کمبریج، که سیمان الکتریکی کمبریج را تأسیس کردند، امیدوارند با بازیافت سیمان‌های مصرف شده از ساختمان‌های تخریب شده، از این شیمی دردسرساز دوری کنند. آزادسازی سیمان از ضایعات بتن به خودی خود ایده جدیدی نیست. اما تلاش‌ها برای بازیافت آن از طریق کوره سیمان منجر به تولید محصولی با کیفیت پایین‌تر از مواد تازه شده است.
دکتر دونانت و تیمش به این نتیجه رسیده‌اند که با کمک یک صنعت سنگین دیگر این مشکل را حل کرده‌‌اند: بازیافت فولاد. آنها متوجه شدند که ترکیب شیمیایی پودر سیمان قدیمی تقریباً مشابه ترکیب شار آهکی است که در کوره‌های قوس الکتریکی برای بازیافت ضایعات فولاد استفاده می‌شود. با ذوب شدن فولاد، شار سرباره‌ای را تشکیل می‌دهد که روی سطح شناور می‌شود و از واکنش فولاد مایع با هوا و ایجاد ناخالصی‌ها جلوگیری می‌کند.
تیم کمبریج دریافتند که خمیر ساخته شده از سیمان قدیمی می‌تواند همین کار را به خوبی انجام دهد و گرمای کوره‌ها می‌تواند همزمان آن را به کلینکر با کیفیت خوب تبدیل کند. دکتر دونانت می‌گوید: «خمیر سیمانی که در آن ریخته می‌شد به‌عنوان سیمان جدید بیرون آمد. و بر خلاف کوره‌های سیمان که توسط شعله گرم می‌شوند، کوره‌های قوس الکتریکی با جریان‌های الکتریکی پرقدرت کار می‌کنند. این بدان معناست که آنها می‌توانند با برق کربن صفر تغذیه شوند».
این تیم تاکنون ده‌ها کیلوگرم از سیمان بازیافتی خود را با کربن صفر ساخته است. فیلیپا هورتون، یکی دیگر از بنیانگذاران این شرکت، می‌گوید که نتایج امیدوارکننده هستند. بزرگترین مشکل بالقوه این است که مقدار سیمانی که می‌تواند تولید شود به مقدار قابل بازیافت آن از تخریب ساختمان‌های قدیمی، پل‌ها، جاده‌ها و موارد مشابه و همچنین به وجود کوره‌های قوس الکتریکی بستگی دارد. اما دکتر هورتون بر این باور است که تنها در بریتانیا، این قابلیت وجود دارد که تولید سیمان از این طریق پاسخگوی یک چهارم تا نصف کل تقاضای سیمان کشور باشد.
در این میان، تعدادی از شرکت‌های ساختمانی با محققان همکاری می‌کنند تا این پروژه را راه‌اندازی کنند. شرکت دی‌گروپ، Day Group، تامین کننده بریتانیایی مصالح ساختمانی، در حال توسعه یک سنگ شکن است که می‌تواند سیمان‌های مصرف شده را به شکل خمیر از قلوه سنگ بازیابی کند. سلسا، یک شرکت فولاد اسپانیایی، هم برنامه دارد تا یک کوره قوس الکتریکی را در کارخانه خود در کاردیف برای تولید اولین لات سیمان الکتریکی کمبریج در مقیاس تجاری اختصاص دهد.
احتمالا سال آینده، که تمام زیرساخت‌ها آماده شد، اتکینز و بالفور بیتی، دو شرکت ساختمانی و مهندسی عمران، بر ساخت اولین ساختمانی که از سیمان بازیافتی استفاده می‌کند، نظارت کنند. یک ایده این است که از سیمان بازیافت شده از یک ساختمان تخریب شده برای ساختن جایگزین آن در همان محل استفاده شود.
