Meny

Ny metod kan ge cement utan koldioxidutsläpp

Ny metod kan ge cement utan koldioxidutsläpp

Nya forskningsresultat från MIT stakar ut en möjlig metod för att tillverka cement med noll koldioxidutsläpp. Potentialen är enorm.

Medvetenheten kring cementens klimatpåverkan är hög. Svenska Cementa har en vision om att nå klimatneutralitet till år 2030. I Cementas plan för minskade utsläpp ingår bland annat koldi-oxidavskiljning och biobränslen. Men nu föreslår forskare vid MIT, Massachusetts Institute of Technology, i USA en helt ny tillverkningsmetod. Slutprodukten blir vanlig hederlig Portlandcement, men den nya tillverkningsprocessen ska enligt forskarna kunna ske helt utan koldioxidutsläpp.

Forskarna har demonstrerat principen för den nya tillverkningen i liten skala i labbet och tror att den kan skalas upp i stora anläggningar som producerar flera hundra tusen ton cement per år, så som dagens cementfabriker gör.

Vid traditionell cementtillverkning hettar man upp kalksten och sand till över tusen grader i en så kallad cementugn. I ugnen sker en kemisk reaktion med slutprodukten klinker, som sedan mals ner till cement. I den kemiska processen bildas också koldioxid som en restprodukt. Ungefär hälften av koldioxidutsläppen från cementtillverkning kommer från den kemiska processen, den andra hälften kommer från det bränsle, oftast olja eller kol, som krävs för att hetta upp cementugnen. I Cementas svenska tillverkning, där man satsat hårt på energieffektivisering och ersätter en del av de fossila bränslena med biobränslen, är fördelningen snarare 60 procent utsläpp från den kemiska processen och 40 procent från upphettningen.

Forskarna vid MIT föreslår en ny tillverkningsprocess, där cement-ugnen delvis ersätts av elektrolys. Elektrolys är en process som många känner igen från kemilektionerna i skolan. En strömkälla kopplas till två elektroder som placeras i en vätska som leder ström, till exempel saltvatten. I stället för att hetta upp kalkstenen placerar man den i elektrolysbadet. Då bildas kalcium-hydroxid samtidigt som syre, väte och koldioxid släpps ut i gasform.

Elektrolys i labmiljö. Forskarna på MIT har demonstrerat principen för cementtillverkning med elektrolys i liten skala i labbet, men tror att den kan skalas upp
Foto: Felice Frankel

I ett andra steg placeras kalciumhydroxiden i en ugn tillsammans med sand, och slutprodukten blir då samma klinker som vid traditionell cementtillverkning. Skillnaden mot en vanlig cementugn är att det inte krävs lika hög temperatur. Dessutom föreslår forskarna ett system där vätet och syret som är en biprodukt från elektrolysen kan användas i bränsleceller och till förbränning för att skapa el och värme för uppvärmningen av ugnen. 

Forskarteamet på MIT visar en princip där den enda energi som behöver tillföras systemet är el till elektrolysen. Om den tas från förnybara källor blir tillverkningen fossilfri – förutsatt att koldioxiden som uppstår som en restprodukt i den kemiska processen inte släpps ut i atmosfären. Eftersom koldioxiden som uppstår vid elektrolysen är helt ren – vid tillverkning i cementugn är den uppblandad med en rad andra gaser – är den lättare att fånga upp för lagring eller för att använda i industriella processer. 

En fördel med elektrolysmetoden som forskarna lyfter fram jämfört med andra alternativ till traditionell cementtillverkning är att slutprodukten blir vanlig Portland cement. Det krävs med andra ord ingen förändring av dagens byggteknik eller arbetsmetoder, vilket borde göra det lättare att få acceptans för den nya tillverkningsprocessen, resonerar artikelförfattarna.

Staffan Hansen, professor emeritus vid Centrum för analys och syntes vid Lunds universitet, tycker den nya metoden är intressant.

– Det här är publicerat i en av världens ledande vetenskapliga tidskrifter för naturvetenskap. Så forskningsresultaten är väl granskade, och ur det perspektivet är det en realistisk metod. Om det är praktiskt genomförbart är en annan fråga. Att det fungerar bra på labbänken är inte samma sak som att det fungerar bra i produktionen.

Vilka svårigheter ser du med att implementera metoden i produktionen?

– Såvitt jag kan se ersätter man den traditionella cementugnen med tre enheter: elektrolysen, en bränslecell och en ugn. I stället för en enhet blir produktionen beroende av tre enheter som måste fungera ihop utan driftstopp samtidigt som de hanterar gigantiska volymer. Jag är ingen expert på att bygga fabriker, men jag tror att det kan bli en utmaning.

Ser du några fördelar med metoden?

– Det är självklart en enorm fördel att ersätta de fossila bränslena med förnybara alternativ. Rapportförfattarna föreslår att elektrolysen drivs med el från förnybara källor. Rent principiellt kan man tänka sig traditionell cement-tillverkning med icke-fossila bränslen, och då får man samma klimatvinst. Ytterligare en -fördel med metoden är att koldioxiden från den kemiska processen kommer i en ren ström som man då lätt kan hindra från att släppas ut i -atmosfären. Det är svårt vid traditionell tillverkning eftersom koldioxiden då är så utspädd.

Tror du det här är vägen till klimatneutral cement?

– Det är bra och viktigt att man tänker i nya banor kring cementtillverkning. Men hur man än gör kommer man inte undan kemin och termodynamiken. Om du utgår från samma råvaror, och vill ha samma slutprodukt, så måste du alltid tillföra samma energi – grovt räknat – och du får alltid samma koldioxidutsläpp från den kemiska processen. Alternativet är att hitta en helt annan typ av cement, något annat klister som fungerar att bygga med men kräver mindre energi i produktionen. Det har man jobbat på de senaste 100 åren utan att lyckas. Men det är inte samma sak som att man inte kan lyckas i framtiden.

Hej! Om du är medlem i Sveriges Byggindustrier behöver du förnya din prenumeration vilket du enkelt gör här och därefter kan du fortsätta att läsa alla artiklar.

Så fungerar tillverkningen

1. Kalkstenstäkt

För att tillverka cement behövs kalksten. Kalkstenen bryts i kalkstenstäkter.

2. Finfördelning

Kalkstenen krossas och mals i flera steg tills den har finfördelats till ett mjöl.

3A. Den traditionella cementugenen

Ugnen består av ett långt roterande stålrör där kalkstensmjöl och sand hettas upp till över 1000 grader. Här sker två processer. Först omvandlas kalkstenen, som består av ämnet kalciumkarbonat, till kalciumoxid och restprodukten koldioxid.

Därefter binds kalciumoxiden till kisel, aluminium eller järn, ämnen som finns i sanden. Resultatet blir... 

3B. Cementproduktion med elektrolys

Elektrolysen spjälkar upp vattnet i sina beståndsdelar vilket möjliggör en kemisk reaktion där kalciumkarbonatet i kalkstenen omvandlas till kalciumhydroxid. Samtidigt produceras vätgas, syre och koldioxid.

I nästa steg ska kalciumhydroxiden omvandlas kalciumoxid bundet till kisel, aluminuium eller järn. Det sker i en ugn där kalciumhydroxiden hettas upp tillsammans med sand. Resultatet blir vattenånga och...

4. Klinker

…så kallad klinker, en blandning av kalciumoxid samt alit (trikalciumsilikat), belit (dikalciumsilikat), aluminat (trikalciumaluminat), och ferrit (tetrakalciumaluminatferrit). Klinkern mals och blandas eventuellt med gips och kalksten för att ge färdig cement.

Branschen kräver krafttag mot kriminella nätverk i byggsektorn

"Vi har ledsnat och tagit saken i egna händer".
Nyhet
https://byggindustrin.se/artikel/nyhet/branschen-kraver-krafttag-mot-kriminella-natverk-i-byggsektorn-29226

Structor nyanställer duo i Dalarna

“Vi märker en ökad efterfrågan av projektledartjänster”.
Nyhet
https://byggindustrin.se/artikel/nyhet/structor-nyanstaller-duo-i-dalarna-29225

Kompetens och karriär i fokus på Lavadagen

Studenter mötte arbetsgivare på KTH.
Nyhet
https://byggindustrin.se/artikel/nyhet/kompetens-och-karriar-i-fokus-pa-lavadagen-29224

Norgebyggare växte med 66 procent i Sverige

Förvärv bakom ökningen i grannlandet.
Nyhet
https://byggindustrin.se/artikel/nyhet/norgebyggare-vaxte-med-66-procent-i-sverige-29223

10 saker vi hatar med BIM

Gryende missnöje med branschens digitala modeller.
Nyhet
https://byggindustrin.se/artikel/nyhet/10-saker-vi-hatar-med-bim-29179

Parterna i bygg har växlat avtalskrav

Startskottet för avtalsrörelsen gick idag.
Nyhet
https://byggindustrin.se/artikel/nyhet/parterna-i-bygg-har-vaxlat-avtalskrav-29222

Svårt säga om sprängämnen kommer från bygg

I går mötte byggbranschen inrikesministern.
Nyhet
https://byggindustrin.se/artikel/nyhet/svart-saga-om-sprangamnen-kommer-fran-bygg-29219

Nu digitaliseras byggbranschen: Därför är smarta lås framtiden

Annons.
Infobrics nya smartlås röjer undan alla problem med nyckelhantering på ett bygge.
https://byggindustrin.se/sponsrat/infobric/nu-digitaliseras-byggbranschen-darfor-ar-smarta-las-framtiden-29189

Sh bygg först med menssäker arbetsplats

I dag invigs landets första menssäkra byggbod.
Nyhet
https://byggindustrin.se/artikel/nyhet/sh-bygg-forst-med-menssaker-arbetsplats-29216

Tre nya produkter kan vinna pris

Kan få Nordbyggs Guldmedalj 2020.
Nyhet
https://byggindustrin.se/artikel/nyhet/tre-nya-produkter-kan-vinna-pris-29213

Bättre 2019 för Veidekke

"Framöver vill vi vara särskilt riskmedvetna".
Nyhet
https://byggindustrin.se/artikel/nyhet/battre-2019-veidekke-29209

Vi har förtydligat vår personuppgiftspolicy. Läs mer här om hur vi hanterar personuppgifter och cookies. Här hittar du mer information om GDPR.