MIT Araştırmacıları Karbon Emisyonu Olmadan Çimento Üretme Yöntemi Buldu

Çimento üretim süreci, dünyadaki sera gazı emisyonunun yaklaşık %8’ine yol açan bir sera gazı kaynağıdır. MIT’de bir araştırma ekibi bu emisyonları tamamen ortadan kaldırabilecek ve hatta bu süreçte başka yararlı ürünler de ortaya çıkarabilecek yeni bir üretim yöntemi buldu.

Bulgular bugün PNAS dergisindeki bir makalede, MIT’de Kyocera Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Profesörü Yet-Ming Chiang, yüksek lisans öğrencisi Andres Bedel, doktorasını bitirmiş Leah Ellis ve diğer araştırmacılar tarafında yayımlandı.

Chiang, “Günümüzde, üretilen her 1 kilogram çimento için 1 kilogram karbondioksit salınıyor.” dedi. Bu, her yıl 3 ila 4 gigaton (milyar ton) çimento ve karbondioksit emisyonu demek. Bu miktarın daha da artması bekleniyor. Dünyadaki binaların sayısının 2060 yılında şimdikinin iki katına çıkacağı düşünülüyor. Chiang’a göre bu da “her 30 günde yeni bir New York inşa etmeye” eş eğer ve artık emtia üretimi de çok ucuz. Kilogram başına sadece 13 sent tutuyor ki bu da şişelenmiş su maliyetinden bile daha ucuza geliyor.

Bu nedenle, malzemenin maliyetini çok artırmadan, karbon emisyonunu azaltmanın yollarını bulmak hayli zorlayıcı oluyor. Chiang ve ekibi geçtiğimizi yılı alternatif çözümler arayarak geçirdiler ve mevcut fosil yakıtlara bağlı düzenin yerini elektrokimyasal sürecin alabileceği fikrinde uzlaştılar. 

Alışılagelen Portland çimentosu, kullanılan en yaygın çimento türüdür. Kömürün yanmasıyla ortaya çıkan kum ve kili öğütülmüş kireç taşıyla beraber, yüksek sıcaklıkta pişirerek elde edilir. Bu süreç iki farklı şekilde karbondioksit açığa çıkarır: Kömürün yanması ve kireç taşının pişirilmesi esnasında. Bunların ikisi de toplam emisyona hemen hemen aynı katkıyı yapar. Chiang’a göre, yeni yöntem her iki kaynağı da ortadan kaldıracak ya da etkilerini büyük ölçüde azaltacak. Temel elektrokimyasal süreci laboratuvarda ispat etmiş olsalar da, sürecin endüstriyel düzeyde işe yarayabilmesi için daha çok çalışmaları gerekecek.

Öncelikle, yeni yaklaşım ısıtma sürecinde kullanılan fosil yakıtlar yerine temiz ve yenilenebilir kaynaklardan üretilmiş elektriği sürece dâhil ederek, fosil yakıtların kullanımına son verebilir. Chiang’a göre, “Bugün birçok coğrafyada yenilenebilir elektrik en ucuz elektriği sağlıyor ve maliyeti her gün daha da düşüyor.” Ayrıca, yeni yöntemle de aynı çimento üretilebiliyor. Ekip, birçok araştırma grubunun farklı şekillerde yapmaya çalıştığı gibi, yeni bir çimento türünü sektöre kabul ettirmeye çalışmanın, Portland çimentosunun dünya çapında ne kadar yaygın kullanıldığını ve inşaatçıların nispeten denenmemiş yeni malzemeleri kullanmak konusunda ne kadar isteksiz olacağını göz önünde bulundurarak, çok zor olacağının farkına vardı.

Yeni yöntem, birçok kişinin lise kimya derslerinden aşina olduğu elektrolizör kullanımını merkezine alıyor. Süreç şu şekilde işler: Bir batarya, bir bardak su içinde iki elektrotla bağlanır; elektrik, suyu bileşen atomlarına parçaladıkça bir elektrotta oksijen baloncukları, diğer elektrotta hidrojen baloncukları oluşur. Yani, elektrolizörün oksijen açığa çıkartan elektrotu asit üretirken, hidrojen açığa çıkaran elektrotu baz üretir.

Yeni yöntemde, toz haline getirilmiş kireç taşı asit içinde bir elektrotta çözülür yüksek saflıkta karbondioksit salınır. Diğer taraftan, genellikle kireç olarak bilinen kalsiyum hidroksit diğer elektrottan katı hâlde dışarı atılır. Kalsiyum hidroksit daha sonra, çoğunlukla kalsiyum silikattan oluşan, çimentoyu üretmek için başka bir aşamada işlenebilir.

Saf, konsantre bir sıvı formundayken karbondioksit kolayca ayrıştırılabilir ve benzinin yerini almak üzere sıvı yakıt gibi katma değerli ürünler üretmek için kullanılabilir veya yağ geri kazanımı gibi uygulamalarda ve hatta gazlı içecek ve kuru buz üretiminde kullanılabilir. Chiang; bütün bu sürecin sonunda çevreye karbondioksit salınmamış olur, dedi. Buna karşılık, konvansiyonel çimento fabrikalarından yayılan karbondioksit; azot oksitler, kükürt oksitler ve karbon monoksit gibi gazlarla tekrar kullanılmayacak kadar kirletiliyor.

Ellis; hesaplamaların, bu süreçte ortaya çıkan hidrojen ve oksijenin, örneğin bir yakıt hücresinde, tekrar birleştirilebileceğini ya da işlemin geri kalanının ihtiyacı olan enerjiyi sağlamak için yakılabileceklerini ve bu süreçte de su buharı dışında hiçbir madde salınmayacağını söylüyor.

Laboratuvar sunumlarında, ekip kalsiyum karbonattan kireç üreterek gereken önemli elektrokimyasal adımları, küçük ölçekte de olsa, gerçekleştirdi. İşlem, çözeltide kireç ortaya çıkarken cam kabın içinde askıda duran beyaz parçacıklar ortaya çıkardığı için, sallanmış bir kar küresi gibi görünüyor.

Teknolojisi basit ve (prensipte) kolayca geliştirilebilir durumda fakat günümüzde ortalama bir çimento fabrikası yıllık 700.000 ton çimento üretiyor. Makalenin baş yazarı Ellis, “Böyle bir endüstriye nasıl girebilir ve kalıcı olabilirsin?” diye soruyor. Ona göre bir yöntem, her seferinde sistemin tamamı yerine bir parçasını değiştirmek ve “kademeli bir şekilde” yavaş yavaş yeni parçalar eklemek.

Chiang’e göre ekibin ortaya koyduğu ilk sistem; “Mümkün olan en iyi yaklaşım için gereken strateji olmasa da, insanları elektrokimyasal sektör hakkında daha çok düşündürüp, yeni fikirler üretmeye itecektir. Henüz oturmuş bir çözüm değil, önemli bir ilk adım.”

Kaynak: http://news.mit.edu/2019/carbon-dioxide-emissions-free-cement-0916