La tecnologia rivoluziona la produzione di cemento, riducendo le emissioni di CO2 di quasi il 100%.

Un team di ingegneri dell'UCLA ha sviluppato un processo innovativo, chiamato ZeroCAL, che potrebbe trasformare radicalmente l'industria del cemento riducendo le emissioni di anidride carbonica (CO2). Il cemento, uno dei materiali più utilizzati al mondo, è anche uno dei maggiori responsabili delle emissioni globali di gas serra.

Questo metodo si presenta come una soluzione economica e scalabile per decarbonizzare la produzione di cemento utilizzando le infrastrutture esistenti.

L'impatto ambientale del cemento

Il cemento Portland, utilizzato per la produzione di calcestruzzo, è il tipo di cemento più diffuso al mondo. Tuttavia, la sua produzione ha un impatto ambientale significativo. Per ogni chilogrammo di cemento prodotto, viene emesso circa un chilogrammo di CO2. Questo processo è responsabile di circa l'8% delle emissioni globali diCO2, un dato allarmante che colloca la produzione di cemento tra i principali responsabili della crisi climatica.

Gran parte di queste emissioni è dovuta alla decomposizione termomeccanica del calcare, che è il principale precursore della produzione di calce, componente essenziale del cemento. Il 60% delle emissioni di CO2 proviene da questa reazione chimica, mentre il restante 40% deriva dall'uso di combustibili fossili per riscaldare i forni industriali in cui avviene il processo di produzione del cemento.

Oltre alle emissioni, il processo consuma anche grandi quantità di energia. Per produrre una tonnellata metrica di calce sono necessari circa 1,4 megawattora di energia, l'equivalente del consumo energetico di una famiglia statunitense per un mese e mezzo.

ZeroCAL: una soluzione innovativa

Il team dell'UCLA, guidato da Gaurav Sant, direttore dell'Institute for Carbon Management (ICM) dell'UCLA, hacreato il processo ZeroCAL, che sta per “zero carbon lime”, con l'obiettivo di eliminare fino al 98% delle emissionidi CO2 associate alla produzione di calce e cemento. Invece di utilizzare il calcare tradizionale, il nuovo metodo utilizza l'idrossido di calcio come precursore della calce. Quando viene riscaldato, questo composto emette solo vapore acqueo, eliminando così la produzione diCO2 durante il processo di riscaldamento nei forni.

Questo processo non solo elimina le emissioni di CO2, ma genera anche utili sottoprodotti, tra cui acido cloridrico, bicarbonato di sodio, ossigeno e idrogeno. L'idrogeno, a sua volta, può essere utilizzato come combustibile pulito per riscaldare i forni da cemento, creando un ciclo chiuso a emissioni zero.

Inoltre, questa tecnologia può essere implementata nei cementifici esistenti senza la necessità di costruire nuove infrastrutture di cattura e stoccaggio del carbonio.

Collaborazione globale e potenziale di scalabilità

Sebbene il metodo ZeroCAL richieda ancora più energia rispetto ai processi tradizionali, il team di ricercatori sta esplorando modi per ottimizzare l'uso dell'energia semplificando le operazioni e riutilizzando i co-prodotti acidi e basici risultanti dal processo elettrochimico. Per ridurre il consumo di acqua, i ricercatori suggeriscono di implementare ZeroCAL nelle fabbriche situate vicino a fonti d'acqua come fiumi o zone costiere.

Il team dell'UCLA sta attualmente collaborando con Ultratech Cement Limited, il più grande produttore di cemento in India, per costruire un impianto dimostrativo che potrebbe produrre diverse tonnellate di calce al giorno utilizzando il processo ZeroCAL. L'India è il secondo mercato mondiale del cemento e il successo di questo impianto potrebbe rappresentare una svolta importante per la decarbonizzazione dell'industria globale del cemento.

Il professor Fabian Rosner, coautore dello studio e docente all'UCLA, ha sottolineato che la mitigazione dei cambiamenti climatici richiede un'azione di trasformazione in molti settori e che ZeroCAL offre una soluzione unica per la decarbonizzazione accessibile e scalabile della produzione di cemento, in quanto consente un'implementazione su larga scala a costi relativamente bassi.

Il futuro della decarbonizzazione industriale

L'innovazione del team dell'UCLA potrebbe avere un impatto che va oltre l'industria del cemento. I ricercatori ritengono che il metodo ZeroCAL potrebbe essere applicato anche alla produzione di acciaio, un altro settore ad alte emissioni di carbonio. In questo caso, la calce a basso contenuto di carbonio potrebbe essere utilizzata come fonte di calcio nel processo di produzione dell'acciaio.

Il progetto è stato finanziato da diverse organizzazioni, tra cui la Chan-Zuckerberg Initiative, la Grantham Foundation for the Protection of the Environment e l'Advanced Research Projects Agency-Energy del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti.

Con questa nuova tecnologia, il team dell'UCLA ha compiuto un passo significativo verso un futuro industriale più sostenibile, aprendo la strada a una produzione di cemento senza emissioni e con un impatto ambientale drasticamente ridotto.

Fonte della notizia:

Leão, A., Collin, M., Ghodkhande, S., Bouissonnié, A., Chen, X., Malin, B., ... & Sant, G. (2024). ZeroCAL: Eliminating Carbon Dioxide Emissions from Limestone’s Decomposition to Decarbonize Cement Production. ACS Sustainable Chemistry & Engineering. 10.1021/acssuschemeng.4c03193