صنعت سیمان به عنوان یکی از اساسی‌ترین بخش‌های زیرساختی هر کشور، نقشی کلیدی در توسعه اقتصادی و زنجیره تامین صنعت ساخت و ساز ایفا می‌کند. از طرفی این صنعت یکی از بزرگ‌ترین منابع انتشار کربن‌دی‌اکسید در جهان است و تقریباً 8 درصد از کل انتشار کربن جهانی را به خود اختصاص داده است.
با توجه به اهداف جهانی برای کاهش ردپای کربنی (Carbon footprint) و حرکت به سمت تولید پایدار، پژوهشگران راهکاری نوآورانه مبتنی بر الکتروشیمی ارائه داده‌اند که می‌تواند انتشار کربن‌دی‌اکسید را کاهش داده و صنعت سیمان را به یک مسیر سبزتر هدایت کند.
مکانیزم عملکرد: الکتروشیمی جایگزین فرآیندهای سنتی
در فرآیند متداول تولید سیمان، سنگ آهک (کربنات کلسیم) تحت حرارت بالا (بیش از ۱۴۰۰ درجه سانتی‌گراد) تجزیه شده و محصولاتی شامل آهک زنده (اکسید کلسیم) و کربن‌دی‌اکسید تولید می‌کند. این روش علاوه بر مصرف انرژی بالا، یکی از عوامل اصلی انتشار کربن‌دی‌اکسید در صنعت سیمان است.
اما در روش جدید، مبتنی بر تولید سیمان سبز، پژوهشگران از یک سیستم الکتروشیمیایی پیشرفته استفاده کرده‌اند که کربنات‌ها را به طور مستقیم به مواد اولیه مورد نیاز برای تولید سیمان تبدیل می‌کند. این روش نه تنها از انتشار مستقیم گازهای گلخانه‌ای جلوگیری می‌کند، بلکه امکان ذخیره‌سازی کربن‌دی‌اکسید را نیز فراهم می‌سازد. ویژگی کلیدی این فناوری، امکان استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی و بادی است، که می‌تواند مصرف سوخت‌های فسیلی را به میزان قابل‌توجهی کاهش دهد.
شماتیکی از فناوری تولید سیمان سبز با فرآیند الکتروشیمیایی در شکل زیر نشان داده شده است. در این روش، به جای استفاده از فرآیندهای سنتی حرارتی، یک سلول الکتروشیمیایی به کار گرفته می‌شود که از منابع معدنی جایگزین مانند بازلت (Basalt)، ضایعات ساختمانی و پسماندهای معدنی استفاده می‌شود. در این فرآیند، کربنات کلسیم (CaCO₃) از طریق واکنش‌های الکتروشیمیایی تجزیه شده و اکسید کلسیم (CaO) برای تولید سیمان، همراه با یون‌های بی‌کربنات (Ca(HCO₃)₂) تولید می‌شود. گاز کربن دی‌اکسید جداشده در این مرحله به‌جای انتشار در جو، از طریق فناوری‌های جذب و ذخیره‌سازی کربن (CCUS) [1] بازیابی شده و می‌تواند در صنایع دیگر مانند تولید مواد شیمیایی، کود اوره، تزریق در چاه، سوخت‌های مصنوعی و غیره مورد استفاده قرار گیرد.
برای مطالعه مقاله “مروری بر فرایندهای جذب و ذخیره‌سازی کربن دی اکسید (CCUS)” اینجا کلیک کنید.
مزایای کلیدی این نوآوری برای صنعت و محیط زیست
کاهش انتشار کربن‌دی‌اکسید: برخلاف روش‌های جذب کربن که نیاز به تجهیزات جداگانه جهت خالص‌سازی و جذب کربن از سایر اجزا گاز آلاینده خروجی دارند، در این فناوری کربن‌دی‌اکسید منتشر شده نسبتا خالص است و امکان جذب و ذخیره‌سازی با تجهیزات کمتر و فرایند ساده‌تر در همان مرحله فرآوری مواد اولیه وجود دارد.
بهینه‌سازی مصرف انرژی: با جایگزینی فرآیندهای گرمایی با واکنش‌های الکتروشیمیایی، با افزایش بازدهی، میزان انرژی مصرفی کاهش یافته و وابستگی به سوخت‌های فسیلی و امکان جایگزینی با انرژی‌های تجدید پذیر نیز کمتر می‌شود.
امکان ذخیره و استفاده مجدد از کربن دی‌اکسید: گاز کربن‌دی‌اکسید تولید شده را می‌توان برای تولید سوخت‌های مصنوعی، کاربردهای کشاورزی یا سایر فرآیندهای صنعتی مورداستفاده قرار داد.
قابلیت مقیاس‌پذیری صنعتی: این فناوری در مقیاس صنعتی نیز قابلت پیاده‌سازی را دارد و می‌تواند به عنوان یک گزینه جایگزین با فرایندهای تولید سنتی سیمان معرفی شود.
چالش‌ها و گام‌های بعدی
با وجود پتانسیل بالای این فناوری، پیاده‌سازی گسترده آن با چالش‌هایی همراه است:
- هزینه‌های سرمایه‌گذاری اولیه بالا: توسعه زیرساخت‌های موردنیاز برای این فناوری نیازمند سرمایه‌گذاری اولیه قابل‌توجهی است.
- تأمین پایدار انرژی تجدیدپذیر: در مقیاس صنعتی، دسترسی به منابع تجدیدپذیر پایدار یکی از مسائل کلیدی خواهد بود.
- بهینه‌سازی عملکرد فرآیند: پژوهش‌های بیشتری برای افزایش کارایی سیستم الکتروشیمیایی و بهبود کیفیت محصول نهایی موردنیاز است.
بااین‌حال، محققان و صنعتگران بر این باورند که با پیشرفت‌های مستمر و سرمایه‌گذاری در فناوری‌های سبز، این چالش‌ها قابل حل بوده و می‌توان آینده‌ای پایدارتر برای صنعت سیمان رقم زد.
جمع‌بندی
این فناوری نشان می‌دهد که توسعه پایدار صنعتی و حفظ و نگهداری از محیط زیست می‌توانند در کنار هم قرار گیرند. اگر این فرآیند به طور موفقیت‌آمیز توسعه یابد، نه تنها تأثیر بسزایی در کاهش تغییرات اقلیمی خواهد داشت، بلکه می‌تواند مدل جدیدی برای تولید پایدار محصولاتکم‌کربن از جمله سیمان ارائه دهد.
با ورود این تکنولوژی به مرحله تجاری‌سازی، صنعت سیمان می‌تواند یکی از آلاینده‌ترین بخش‌های صنعتی را به یک صنعت پیشرو در زمینه کاهش اثرات محیط زیستی تبدیل کند. آینده صنعت سیمان، سبزتر و هوشمندتر از همیشه خواهد بود.
مراجع
[1] Carbon Capture, Utilization, and Storage
