雖然人為溫室氣體排放的最大來源是電力行業,但是,第二大來源就是常常被忽視的水泥行業,它佔所有人為二氧化碳排放量的5-6%。每生產10公斤的水泥,水泥行業就會釋放9公斤的二氧化碳。世界每年消耗約3萬億公斤水泥,因此,這個行業最有可能減少二氧化碳排放量。儘管有些工藝正在進行探索,可以封存水泥生產中的二氧化碳,但是,到目前為止,沒有工藝可以完全消除它。
要抓住這個機會,進行改進,有一個研究小組,來自維吉尼亞州(Virginia)阿西布恩(Ashburn)喬治•華盛頓大學(George Washington University),他們已經開發出一種方法,可生產水泥,沒有二氧化碳排放。此外,科學家們估計,這種新的生產工藝更便宜,勝過水泥行業現在使用的工藝。
他們的研究發表在最近一期的《化學通訊》(Chemical Communications)上,科學家們描述這種工藝,稱為「太陽熱能電化學生產」(STEP :Solar Thermal Electrochemical Production)水泥,或斯太普(STEP)水泥。這個小組以前曾使用類似的斯太普工藝,進行碳捕獲,有望減少大氣中的二氧化碳含量,使降低到工業化前的水平。
科學家解釋說,水泥生產過程中,60-70%的二氧化碳排放量的產生,是因為把石灰石轉換成石灰。這種轉換需要脫碳,或者說去除石灰石(碳酸鈣:CaCO3)中的碳原子和兩個氧原子,獲得石灰(CaO)和二氧化碳副產品。其餘的排放來自燃燒化石燃料,比如用煤加熱乾燥爐反應器,產生脫碳過程所需的熱量。
傳統上生產石灰要採用石灰石,燃燒化石燃料,在脫碳過程中會產生二氧化碳副產品。採用太陽熱能電化學生產工藝,太陽熱能用來加熱石灰石,促進電解,可誘發不同的化學反應,不會產生二氧化碳副產品
這種太陽熱能電化學生產工藝解決了這兩個問題,首先是取代化石燃料熱源,採用太陽熱能。太陽熱能不僅直接用來融化石灰石,而且也提供熱量,促進石灰石電解。在電解中,電流施加到石灰石上,會改變化學反應,這樣,石灰石不是分解為石灰和二氧化碳,而是分解成石灰和其他一些混合的碳原子和氧原子,這取決於反應溫度。當電解低於800攝氏度時,熔化的石灰石會形成石灰和氧氣。當電解高於800攝氏度時,產品是石灰、一氧化碳和氧氣。