制造波特兰水泥(世界上最常见的水泥类型)会释放大量的温室气体，但低碳生产方法已经开发出来，并为市场扩张做好了准备。大规模的新气候法提供的资金可能是加速它们商业化的关键。
减轻公司2水泥生产的排放至关重要，因为在未来几年和几十年里，水泥产量预计将大幅增加全球建筑和混凝土需求不断增长预计排放量将相应增加。随着全球人口、经济发展和城市化在未来40年都将急剧增长，到2060年，全球建筑建筑面积预计将翻一番，增加2.4万亿英尺2 (2300亿m2)的新楼面面积占全球建筑存量的比例。这一增长将相当于在40年的时间里，每个月向世界增加一个纽约市。此外，在美国，来自最近基础设施法的资金进一步鼓励了对道路、桥梁和供水系统建设的投资增加水泥和混凝土的使用．虽然近几十年来，这两种燃料的生产效率都提高了，但如果我们想更全面地实现过程和工业的脱碳，就必须大幅改变所需的加热和燃料技术。
令人印象深刻的58亿美元的气候法2022年通货膨胀降低法案)致力于解决这类问题。希望在工业部门实施新技术以减少温室气体排放的公司很快就可以申请通过该基金获得资金先进工业设施部署计划(AIFDP)来支付部署这些技术的部分成本。ACEEE和一个非政府组织联盟敦促负责支付资金的能源部投资于真正具有变革性的脱碳技术。
该法案提到了许多潜在的技术资金领域，从钢铁、化工到水泥。每一种都很重要，没有一蹴而就的灵丹妙药。在这篇文章中，我们将展示为什么新兴的水泥生产低碳工艺-热技术可能是这些资金在水泥行业脱碳方面的特别有效的使用。
为什么水泥?
水泥是混凝土的关键成分，混凝土是一种广泛使用的建筑材料。生产这种水泥是一个碳密集型的过程，产生了大量的CO2与混凝土有关的排放。约60%的排放是在石灰石的分解过程中释放的(称为煅烧)，约40%的排放是在燃烧燃料以加热窑炉(称为燃烧)。在过去的40年里，该行业一直在努力通过能源和材料效率来降低碳强度。然而，在脱碳工艺热量方面仍有重大的减排机会，这应该是AIFDP技术组合的特别重点。
水泥生产工艺(来源:IEA和WBCSD, 2009年）
要实现减排目标，有两个关键工艺阶段:(1)用于制造熟料的预分解炉(600-700°C)和回转窑(1200-1500°C)。CO的大部分2排放来自预分解炉，其中CO2在石灰石的分解中产生，60%的燃料在这里燃烧。锻烧炉有限公司2与回转窑相比，由于必须达到相对较低的温度(600-700°C)，还原往往更容易。窑技术是一个特别的挑战，因为石灰石煅烧过程必须达到较高的工艺温度(高达1500°C)才能产生熟料。
脱碳的选择
用于工业脱碳和减排的变革性技术可大致分为工艺(例如，热)和产品(例如，替代化学)备选方案。在系统层面上，认识到在任何一个类别中部署技术都会影响并为另一个类别的优化创造额外的机会是有用的。在这里，我们专注于变革性的过程热技术，其中许多技术可能会影响整个过程(而不仅仅是一个阶段)，并允许改进能源效率措施的应用，如余热回收和过程优化欧宝娱乐线上登录入口智能制造．这一考虑也在能源部工业脱碳路线图．
在研究产品和工艺水平之间的潜在协同作用时，值得注意的是，有一些变革性技术可以提高材料效率，例如添加补充胶凝材料(SCMs)，例如煅烧粘土生产低碳掺合水泥产品。与传统硅酸盐水泥(1500°C)相比，这些水泥需要更低的温度范围(700-850°C)。这些较低的热量要求，反过来也可能在较低的温度范围内开辟工艺加热技术的选择。相反，随着这些低工艺温度技术的实施，该行业可能会加速向低碳水泥(如煅烧粘土水泥)的过渡，从而更快地大量减少总排放量。煅烧粘土目前正在进行由水泥公司试点在美国的一些州。
为了以一种真正变革的方式使波特兰水泥生产脱碳(这代表了广泛使用的高排放过程)，我们有两个关键的机会途径:(1)电气化，(2)使用低碳热资源来减少或消除化石燃料的燃烧。欧宝app官方入口最新技术存在于市场商业化阶段(也称为商业化阶段)第二死亡谷)，其中一些针对制造过程的特定阶段，另一些则可能影响整个过程。下面我们将讨论一些目前在欧洲处于原型、试点或有限使用阶段的候选变革性技术，在过去20年里，欧洲各国政府已经投资于这些技术的商业化。其中许多可能适合用于支持和资助其在美国水泥行业的商业化和扩大使用。事实上，几乎所有这些选择都在世界各地进行测试，水泥行业正在考虑进行试点和更广泛的实施。
电气化通路
使用带有间接电加热(在预热器中)的电窑进行间接煅烧相对容易设计并应用于新的水泥厂。现有的预分解窑系统可以用电窑进行改造(热效率会有一些损失)。这一脱碳途径依赖于低碳和无碳电力可用性的显著增长。
一种电过程热方法是基于聚光太阳能热(CST)技术该公司在水泥加工过程中使用太阳能代替化石燃料来达到高温。目前的技术正在与一家水泥公司合作进行试点通过使用太阳能驱动制造过程，预计将减少或消除大部分碳。有限公司2石灰石分解产生的排放物将在传热流体中被捕获，并可能转化为合成燃料，同样使用太阳能燃料技术，以进一步用于其他产品。此外，该技术还可与储热系统配合使用，实现24小时不间断运行。这项技术是下一代版本的sunshine-to-petrol美国能源部桑迪亚国家实验室开发的技术。
考虑到CO的纯浓缩流，使用电加热进行间接煅烧也可以与碳捕获和有益利用相结合2通常生产。的有限公司2然后可以用来创造其他产品在一个循环经济方法-生产一系列产品，从化学前体到更独特的产品，如碳纳米管和生物塑料。一种提供间接热量的选择，被称为直接分离煅烧技术有效分离CO2．模块化设计可以进行改造和扩展，以捕获水泥工厂高达100%的工艺排放，并与各种能源合作，包括电力和替代燃料。该技术目前正在LEILAC(低排放强度石灰和水泥)进行试点欧盟地平线2020与多家水泥制造商、多家工厂合作开展研究和创新项目。
在技术上更具挑战性的选择是给窑通电。在斯堪的纳维亚，一个完全电热回转窑已经开发，目前正在测试中试点项目由11个商业实体组成．这一原型使得在几乎零二氧化碳排放的情况下运营水泥厂成为可能2排放。石灰石的分解伴随着高浓度CO的释放2未经烟道气稀释，为碳捕获和在制造其他低排放产品中有益利用提供了机会。
低碳热资源路径
这一途径的选择包括在水泥窑中使用生物燃料、等离子体能源或氢技术。来自生物质来源的废物衍生燃料(例如，纸张、加工过的污水颗粒、肉和骨粉)具有零碳因子，被认为是100%可再生的。随着非生物质燃料在燃料结构中所占比例的增加，碳排放因素也随之增加。氢气:从理论上讲，这种选择可以使用太阳能和风能等可再生能源提供无限的燃料供应，但它需要修改设备，而且成本高于天然气(以目前的价格)。一些用于窑炉的无燃烧热源技术正在英国和欧洲进行试验。
在英国，水泥厂的试点正在使用氢、生物燃料或等离子体能源．例如，一个试点项目在100%净零燃料组合中依赖灰色氢(未来可能被绿色氢取代)。在瑞典，一家水泥公司和一家公用事业公司正在联合进行一项试点水泥窑中的等离子体能量．初步评估发现，使用等离子体技术(基于低碳电离气体)在熟料生产过程中用电提供热量是可行的，与实现碳排放大幅减少的其他选择相比，具有竞争力。该公司发现，未来水泥厂的电气化将与现场风力发电的扩建计划很好地结合在一起。
蓄热器可与可再生能源集成，与氢选项相比具有成本竞争力，初步试点将于2022年开始。芬兰开发的一种技术被称为旋转动力加热器(RDH)为预分解炉提供过程热电气化和存储选项。该技术将在中国的商业示范项目中进行试点与一家水泥公司合作它可以在现有的工厂中进行改造，预计到2024年可以大规模使用。
美国开发的另一项技术被称为热电池是工业锅炉和熔炉的直接零碳替代品。这种热电池利用当地风能、太阳能或电网提供的间歇性电力充电。电力为辐射加热器提供零损耗。该系统提供连续的过热空气作为工艺热或电力，效率超过98%。这项技术将间歇性的电力转换为持续的热源，这在需要连续生产的工业应用中很有价值，比如水泥行业。
利用AIFDP资金支持变革性窑炉技术的共同效益
目前处于原型或试点测试阶段的许多变革性技术将受益于美国商业规模项目的建设或安装一至三新技术项目)，并导致该技术的广泛复制，通过消除化石燃料燃烧大幅减少排放和污染。通过减少对健康的有害接触，这些减排将直接惠及核电站周围的社区。此外，随着此类技术的扩大，培训有素的可用劳动力(最好是来自周边社区)的再技能和发展也非常必要。生产低碳水泥和混凝土还有助于协同工作，并进一步扩大联邦绿色采购计划，从而创造对此类产品的需求。这些转变可能会产生级联效应市场转型．
水泥窑电气化和非燃烧热源技术是AIFDP支持的一个重要机会，这将加速水泥行业已经在进行的关键活动。该行业非常积极地在各个方面解决其碳排放问题，即使是具有历史挑战性的问题。这些项目将有助于实现更大程度的脱碳，以实现气候目标，并抵消到本世纪中叶任何预期的额外排放增长。ACEEE正在进行这方面的研究，并将在新的一年发布更详细的技术信息。
