Bisakah kita membuat semen tanpa api? Ilmu di balik terobosan revolusioner
Dengan mengganti kalsinasi berbahan bakar fosil dengan pemanasan listrik, proyek ECEM bertujuan untuk merevolusi produksi semen, mengurangi CO2 emisi sambil meningkatkan efisiensi.
Industri semen adalah salah satu sumber emisi karbon dioksida terbesar, menyumbang hingga 8% dari CO buatan manusia global2 Emisi – hampir tiga kali lipat dari seluruh sektor penerbangan. Untuk memotong jejak karbonnya dan bergerak menuju netralitas iklim, industri ini beralih ke inovasi teknologi.
Solusi yang menjanjikan sedang dieksplorasi melalui ECEM Project, kolaborasi internasional yang mencakup para ilmuwan dari Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR). Proyek ini berfokus pada penggunaan teknologi pemanas listrik untuk memberi daya pada proses kalsinasi intensif energi, yang bertujuan untuk secara signifikan mengurangi CO2 emisi dalam produksi semen.
Diluncurkan pada musim gugur 2024, proyek ini akan berjalan selama tiga setengah tahun. Ini didukung oleh Dana Inovasi Denmark, yang telah mengalokasikan 21 juta kroner Denmark (sekitar $ 2,9 juta) dalam pendanaan.
Menciptakan kembali produksi semen dengan pemanasan listrik
Kalsinasi adalah langkah penting dalam produksi semen. Dalam proses ini, batu kapur dipanaskan hingga sekitar 1450 ° C dalam tungku besar, memecahnya menjadi klinker – bahan utama dalam semen – melalui dekomposisi termal. Reaksi ini adalah sumber utama CO2 emisi di industri semen. Sekitar dua pertiga dari CO2 Datang langsung dari kerusakan kimia batu kapur, sebuah proses yang dikenal sebagai dekarbonisasi, yang tidak dapat dihindari. Hasil ketiga yang tersisa dari energi besar yang diperlukan untuk mencapai suhu tinggi ini, biasanya dipasok dengan membakar bahan bakar fosil seperti batu bara atau gas.
Proyek ECEM (Electric Calciner Technologies untuk pabrik semen di masa depan) bekerja untuk mengembangkan alternatif yang lebih bersih. Dipimpin oleh perusahaan semen Denmark Flsmidth, proyek ini menyatukan mitra seperti Institut Teknologi Denmark, Universitas Aalborg, Energi Eropa, Cementos Argos, dan HZDR. Tujuan mereka adalah untuk mengganti pemanasan berbasis bahan bakar fosil dengan dua teknologi pemanas listrik yang berbeda, membuat produksi semen lebih berkelanjutan.
Bola logam memberikan batu kapur sifat material yang diperlukan
Sementara mitra Denmark dalam proyek ini sedang mengerjakan pengembangan sistem pemanas radiasi inframerah, para ilmuwan di HZDR Institute for Fluid Dynamics sedang meneliti solusi listrik berdasarkan pemanasan induktif. Tim pertama-tama ingin membuat percobaan laboratorium di mana kumparan induksi menghasilkan bidang frekuensi tinggi untuk memanaskan bahan dalam wadah. Pada tahap selanjutnya, kiln berputar akan dimodelkan dalam pengaturan eksperimental lebih lanjut dengan data utama yang mendekati kondisi industri. Tantangannya adalah bahwa bahan -bahan seperti batu kapur, yang terutama terdiri dari kalsium karbonat, sebenarnya tidak cocok untuk pemanasan induksi karena konduktivitas listrik yang buruk.
Untuk mengatasi hambatan ini, tim ingin mencampur apa yang disebut rentan ke dalam bahan baku untuk dipanaskan. Ini adalah komponen yang dirancang untuk secara efisien mengubah energi listrik menjadi panas dan mentransfernya ke material. Tugas penting adalah menemukan bahan yang tepat yang dapat berfungsi dengan kuat sebagai rentan pada suhu tinggi dan dalam kondisi industri yang keras. Kandidat yang mungkin harus memiliki titik leleh yang tinggi, tidak boleh bereaksi dengan batu kapur, dan harus tahan abrasi. Membentuk kerentanan menjadi bentuk, misalnya sebagai bola logam, akan memiliki keuntungan menggabungkan proses kalsinasi dan penggilingan menjadi satu langkah. Investasi dalam elektrifikasi proses industri bisa, selain menghindari CO2memiliki efek positif lebih lanjut seperti meningkatkan efisiensi atau meningkatkan kualitas produk, sehingga memberi masing -masing perusahaan keunggulan kompetitif di pasar global.
Optimalisasi aliran gas memastikan transportasi panas yang efektif
“Secara pandangan sekilas, proyek ini kurang berkaitan dengan mekanika fluida yang biasanya kami tangani di Institute,” jelas insinyur HZDR Dr. Sven Eckert, kepala departemen magnetohidrodinamika. “Namun, ini bukan hanya masalah memasang pemanas dalam reaktor. Kiln semen biasanya memproses banyak banyak material, itulah sebabnya kesulitannya terletak pada menciptakan bidang suhu yang homogen di seluruh kiln. Pemanas induktif bahkan dapat memperburuk masalah ini jika tidak menjamin transportasi panas yang cukup yang mencapai tidak hanya lapisan permukaan tetapi juga interior volume besar. Oleh karena itu, kita harus melihat proses pada prinsipnya, termasuk optimalisasi aliran gas konvektif di tungku, yang harus memastikan transportasi panas yang efektif. ”
Di sinilah para peneliti di sekitar Sven Eckert dapat menerapkan keahlian mereka. Di HZDR, mereka juga memiliki akses ke teknik pengukuran unik seperti tomografi medan magnet, yang sangat cocok untuk memantau proses industri listrik. Tim juga ingin mendapat manfaat dari pengalaman yang diperoleh di Citadel Proyek UE, yang dikoordinasikan oleh HZDR dan sudah berlangsung.
Dari lab ke industri: meningkatkan kalsinasi listrik
Tujuan dari proyek ECEM adalah untuk memvalidasi teknologi pada skala laboratorium. Data yang diperoleh dalam percobaan yang direncanakan akan menjadi input penting untuk menyertai simulasi komputer dan pengembangan kembar digital yang akan memetakan seluruh proses, termasuk energi dan aliran massa. Atas dasar ini, para ilmuwan ingin mengklarifikasi apakah percobaan laboratorium dapat ditingkatkan ke kondisi industri nyata. Jika jawabannya positif, mitra dapat mulai membangun pabrik percontohan yang mirip dengan versi industri setelah proyek berakhir pada tahun 2028. Tergantung pada hasil penelitian, pabrik ini dapat mencakup pemanasan induksi atau pemanasan radiasi, yang sedang dikembangkan secara paralel – Atau, yang bukan tidak mungkin, kombinasi dari kedua solusi.
