ETH झुरिचचे नवे तंत्रज्ञान सिमेंट कारखान्यांना CO2 काढून टाकणारे केंद्र बनवू शकते

परिचय: सिमेंट उत्पादनाचा पुनर्विचार

सिमेंट उद्योग हा कार्बन डायऑक्साइड उत्सर्जनाचा सर्वात मोठा औद्योगिक स्रोत आहे, जो जागतिक CO2 उत्सर्जनाच्या सुमारे 8% आहे. दशकांपासून, या क्षेत्राचे डीकार्बोनायझेशन करण्याचे प्रयत्न कार्बन कॅप्चर आणि स्टोरेज (CCS) वर केंद्रित आहेत, परंतु उच्च ऊर्जा खर्च आणि किंमत यामुळे व्यापक अवलंबनास अडथळा आला आहे. आता, ETH झुरिचच्या संशोधकांनी एक नवीन दृष्टीकोन उघड केला आहे जो केवळ सिमेंट कारखान्यांमधून उत्सर्जन कमी करू शकत नाही तर त्यांना वातावरणातून CO2 काढून टाकण्यास सक्षम करू शकतो, ज्यामुळे हवामानाचा शत्रू हवामानाचा नायक बनतो.

सिमेंट डीकार्बोनायझेशनचे आव्हान

सिमेंट उत्पादनात CO2 दोन मुख्य स्त्रोतांमधून बाहेर पडतो: भट्टी गरम करण्यासाठी जीवाश्म इंधनाच्या ज्वलनातून (सुमारे 40% उत्सर्जन) आणि चुनखडीच्या कॅल्सिनेशनच्या रासायनिक प्रक्रियेतून (सुमारे 60% उत्सर्जन). नंतरचे प्रक्रियेचे अंतर्निहित आहे आणि अक्षय ऊर्जेवर स्विच करून ते टाळता येत नाही. पारंपारिक CCS पद्धती फ्ल्यू गॅसमधून CO2 कॅप्चर करतात, परंतु त्यांना विभक्तीकरण आणि कॉम्प्रेशनसाठी महत्त्वपूर्ण ऊर्जा लागते, ज्यामुळे ते महाग होते आणि वनस्पतीची कार्यक्षमता कमी होते.

ETH झुरिचचे नवोन्मेष

प्रोफेसर मार्को मॅझोटी यांच्या नेतृत्वाखालील टीमने विकसित केलेले नवीन तंत्रज्ञान वेगळा दृष्टीकोन घेते. फ्ल्यू गॅसमधून CO2 कॅप्चर करण्याऐवजी, ही प्रक्रिया कार्बन कॅप्चर थेट सिमेंट उत्पादन लाइनमध्ये समाकलित करते. मुख्य म्हणजे कॅल्शियम लूपिंग सायकल वापरणे, जिथे कॅल्शियम-आधारित शोषक (जसे की कॅल्शियम ऑक्साईड) फ्ल्यू गॅसमधून CO2 शोषून घेण्यासाठी वापरला जातो, ज्यामुळे कॅल्शियम कार्बोनेट तयार होते. त्यानंतर कार्बोनेट वेगळ्या रिअॅक्टरमध्ये गरम केले जाते ज्यामुळे CO2 चा शुद्ध प्रवाह बाहेर पडतो, जो साठवला किंवा वापरला जाऊ शकतो, आणि कॅल्शियम ऑक्साईड पुनर्चक्रित केला जातो.

या नवोन्मेषाला अद्वितीय बनवणारी गोष्ट म्हणजे ती सिमेंट भट्टीशी ज्या प्रकारे समाकलित केली जाते. भट्टीतील कचरा उष्णता कॅल्शियम कार्बोनेटच्या कॅल्सिनेशनसाठी वापरली जाते, ज्यामुळे ऊर्जा खर्च कमी होतो. शिवाय, ही प्रक्रिया 'नकारात्मक उत्सर्जन' मोडमध्ये चालवण्यासाठी डिझाइन केली जाऊ शकते: बायोमास इंधन म्हणून वापरून किंवा पूर्व-चरणात हवेतून CO2 कॅप्चर करून, वनस्पती उत्सर्जित होण्यापेक्षा जास्त CO2 वातावरणातून काढू शकते.

ते कसे कार्य करते: चरण-दर-चरण विहंगावलोकन

• सिमेंट भट्टीतील फ्ल्यू गॅस कॅल्शियम ऑक्साईड (CaO) असलेल्या कार्बोनेटर रिअॅक्टरमधून जातो.
• CaO CO2 सोबत प्रतिक्रिया देऊन कॅल्शियम कार्बोनेट (CaCO3) तयार करतो, ज्यामुळे गॅस प्रवाहातून CO2 काढून टाकला जातो.
• त्यानंतर CaCO3 कॅल्सिनरमध्ये हस्तांतरित केला जातो, जिथे तो ऑक्सिजन आणि इंधन वापरून उच्च तापमानाला (सुमारे 900°C) गरम केला जातो, ज्यामुळे शुद्ध CO2 प्रवाह बाहेर पडतो.
• CO2 कॉम्प्रेस केला जातो आणि साठवणूक किंवा वापरासाठी तयार होतो, तर पुनर्जन्मित CaO कार्बोनेटरमध्ये परत पाठवला जातो.
• कॅल्सिनरसाठी उष्णता ऑक्सिजन-समृद्ध वातावरणात (ऑक्सी-इंधन ज्वलन) इंधन जाळून पुरवली जाते, आणि परिणामी फ्ल्यू गॅस जवळजवळ शुद्ध CO2 असतो, ज्यामुळे कॅप्चर सोपे होते.

उत्सर्जनावर संभाव्य परिणाम

संशोधकांच्या मते, हे तंत्रज्ञान सिमेंट कारखान्याच्या 90% पर्यंत CO2 उत्सर्जन कॅप्चर करू शकते. जर बायोमास इंधन किंवा थेट हवा कॅप्चरसह एकत्र केले तर ते निव्वळ-नकारात्मक उत्सर्जन देखील साध्य करू शकते. सिमेंट उद्योगासाठी हे गेम-चेंजर ठरेल, ज्यावर त्याचा कार्बन फूटप्रिंट कमी करण्यासाठी वाढता दबाव आहे. युरोपियन युनियनची उत्सर्जन व्यापार प्रणाली आणि इतर कार्बन किंमत यंत्रणा उच्च-कार्बन उत्पादने अधिक महाग करत आहेत, म्हणून सिमेंट उत्पादक किफायतशीर उपायांसाठी उत्सुक आहेत.

आर्थिक व्यवहार्यता आणि स्केलेबिलिटी

ETH झुरिच टीमने एक तांत्रिक-आर्थिक विश्लेषण केले आहे जे दर्शविते की कॅल्शियम लूपिंग प्रक्रिया इतर कार्बन कॅप्चर पद्धतींशी आर्थिकदृष्ट्या स्पर्धात्मक असू शकते, विशेषतः जेव्हा सिंथेटिक इंधन किंवा रसायनांमध्ये वापरासाठी CO2 विक्रीची क्षमता विचारात घेतली जाते. हे तंत्रज्ञान विद्यमान वनस्पतींमध्ये रेट्रोफिट केले जाऊ शकते, ज्यामुळे भांडवली खर्च कमी होतो. संशोधक आता मोठ्या प्रमाणात प्रक्रिया प्रदर्शित करण्यासाठी पायलट प्लांटवर काम करत आहेत, पुढील दशकात व्यावसायिक तैनातीच्या आशेने.

आव्हाने आणि भविष्यातील दिशा

तंत्रज्ञान आशादायक असले तरी, त्यावर मात करण्यासाठी आव्हाने आहेत. कॅल्सिनेशनसाठी आवश्यक उच्च तापमान आणि ऑक्सिजन पुरवठ्याची आवश्यकता ऑपरेटिंग खर्चात भर घालते. अनेक चक्रांमध्ये शोषकाची टिकाऊपणा देखील चिंतेची बाब आहे, कारण ती कालांतराने खराब होऊ शकते. टीम शोषक स्थिरता वाढवण्याचे आणि ऊर्जेचा वापर कमी करण्याचे मार्ग शोधत आहे. याव्यतिरिक्त, विद्यमान वनस्पती ऑपरेशन्ससह एकत्रीकरणासाठी व्यत्यय टाळण्यासाठी काळजीपूर्वक अभियांत्रिकी आवश्यक आहे.

हवामान कृतीसाठी व्यापक परिणाम

यशस्वी झाल्यास, हे तंत्रज्ञान जागतिक हवामान उद्दिष्टांमध्ये मोठे योगदान देऊ शकते. सिमेंट उद्योग 'हार्ड-टू-अबेट' मानला जातो कारण अंतर्निहित प्रक्रिया उत्सर्जन. नकारात्मक उत्सर्जन सक्षम करून, हा दृष्टीकोन इतर क्षेत्रांतील उत्सर्जन ऑफसेट करण्यात मदत करू शकतो. हे कार्बन डायऑक्साइड काढून टाकण्याच्या (CDR) तंत्रज्ञानातील वाढत्या स्वारस्याशी देखील संरेखित होते, जे शतकाच्या मध्यापर्यंत निव्वळ-शून्य उद्दिष्टे साध्य करण्यासाठी आवश्यक आहेत.

निष्कर्ष

ETH झुरिचचे नवोन्मेष हवामान बदलाविरुद्धच्या लढ्यात एक महत्त्वपूर्ण पाऊल आहे. सिमेंट कारखान्यांना CO2 काढून टाकणाऱ्या सुविधांमध्ये बदलून, ते सर्वात आव्हानात्मक औद्योगिक क्षेत्रांपैकी एकासाठी एक व्यावहारिक आणि स्केलेबल उपाय देते. पुढील संशोधन आणि विकास आवश्यक असला तरी, संभाव्य फायदे प्रचंड आहेत. जग डीकार्बोनायझेशनचा प्रयत्न करत असताना, हे तंत्रज्ञान शाश्वत भविष्य घडवण्यात महत्त्वाची भूमिका बजावू शकते.

हा लेख इंटरेस्टिंग इंजिनियरिंगच्या अहवालावर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.