Американські вчені розробили технологію електрохімічного розкладання карбонату кальцію. Утворивши плавну зміну показника кислотності в розчині, автори декарбонізували вапно і осадили у вигляді гідроксиду, який потім розклали і ввели в реакцію з оксидом кремнію для утворення аліта - найважливішого компонента цементу. За словами авторів дослідження, опублікованого в, що утворюються в запропонованому процесі водень і кисень можуть використовуватися далі у виробництві, наприклад, в якості джерела електроенергії, а вуглекислий газ можна легко утилізувати.
Близько восьми відсотків викидного вуглекислого газу потрапляє в атмосферу в результаті розкладання карбонату кальцію у виробництві цементу. Попит на цей матеріал зростає зі зростанням темпів урбанізації. А, враховуючи те, що на один кілограм виробленого цементу викидається кілограм вуглекислого газу, існує загроза того, що скоро в рік в атмосферу будуть потрапляти додаткові гігатонни газу, що викликає парниковий ефект. Зараз цю проблему намагаються вирішити очищенням газових відходів, використанням альтернативного палива та матеріалів або збагаченням цементу вуглекислим газом.
Лія Елліс (Leah Ellis) з колегами з Массачусетського технологічного інституту запропонували піти іншим шляхом. Вони помістили в електрохімічну комірку карбонат кальцію, утворили градієнт (плавна зміна) рН розчину в цій комірці, завдяки чому гідроксид кальцію осаджувався в протилежній частині від місця введення карбонату. Потім гідроксид відокремили і розклали, а утворюваний оксид кальцію прореагував з оксидом кремнію з утворенням силікату кальцію - найважливішого компонента, який становить від 50 до 70 відсотків маси портландцементу.
Перед тим як ввести вапно, автори електрохімічно створили градієнт кислотності розчину в комірці, який вони змогли побачити, помістивши кислотно-основний індикатор, що змінює колір залежно від рН середовища.
Коли твердий карбонат кальцію поміщали в кислий розчин, він дисоціював на іони, і катіон кальцію почав рух у бік анода і підвищення основності розчину. Прореагувавши з гідроксид-іонами, він випав у вигляді осаду гідроксиду кальцію.
Аналіз отриманого порошку методом рентгенівської дифракції показав, що опадів, який випав, виявився забруднений карбонатом кальцію (шість відсотків за масою). Автори припускають, що забруднення могло статися при контакті з повітрям, коли порошок готували до аналізу, вже після експерименту, або у випадку, якщо в розчині карбонат-іон взаємодіяв з кальцієм і знову утворював карбонат кальцію.
Дослідники порівняли ефективність проведення реакції оксиду кремнію з карбонатом і з гідроксидом кальцію, отриманим електрохімічним методом. Виявилося, що реакція з гідроксидом пройшла повністю, а шість відсотків карбонату так і не прореагувало.
Автори продемонстрували технологію в лабораторних масштабах, але також запропонували кілька варіантів застосування такого реактора на цементних фабриках з низьким або навіть нульовим викидом вуглекислого газу. Пряме захоплення і виведення вуглекислого газу зі скриньки, використання електроенергії з водню або кисню, що виділяються в процесі електролізу, і виробництво рідкого палива дозволять зменшити витрати на виробництво цементу таким методом.
Перевірити наскільки ви розумієте, чим загрожує підвищення концентрації вуглекислого газу в атмосфері Землі, і дізнатися більше про парниковий ефект можна пройшовши наш тест «Максимальна концентрація».