Elektrolyzér pro výrobu cementu. Kredit: Sublime Systems.

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.

Porovnání výroby cementu v peci a elektrolýzou. Kredit: Sublime Systems.

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.

Vápno z elektrolyzéru. Kredit: Sublime Systems.

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

New Atlas 18. 9. 2023.