- คอนกรีตเป็นวัสดุที่ถูกใช้งานมากเป็นอันดับสองของโลกรองจากน้ำ ดังนั้นเทคโนโลยีที่ช่วยลดการปล่อย CO₂ จากซีเมนต์จึงส่งผลโดยตรงต่อการรับมือสภาพภูมิอากาศของอุตสาหกรรมก่อสร้าง
- ทีมนักวิจัยจาก Cambridge ได้พัฒนาวิธีแปรรูปซีเมนต์ใช้แล้วร่วมกันใน เตาอาร์กไฟฟ้า (EAF) สำหรับรีไซเคิลเหล็ก เพื่อลดการปล่อยจากทั้งการผลิตคอนกรีตและเหล็กไปพร้อมกัน
- หัวใจของกระบวนการคือการใช้ซีเมนต์ใช้แล้วแทน lime flux ที่ใช้ในการรีไซเคิลเหล็ก ทำให้ slag ที่ปกติจะถูกทิ้งกลายเป็นซีเมนต์รีไซเคิลที่นำไปใช้กับคอนกรีตใหม่ได้
- การทดสอบที่ Materials Processing Institute ยืนยันเป็นครั้งแรกว่า การผลิตในระดับอุตสาหกรรม บนพื้นฐานเตาอาร์กไฟฟ้าสามารถทำได้ และหากขับเคลื่อน EAF ด้วยพลังงานหมุนเวียน ก็อาจทำให้ซีเมนต์ปลอดการปล่อยในระยะยาวเป็นไปได้
- กระบวนการ Cambridge Electric Cement ตั้งเป้าการผลิต 1 พันล้านตัน ต่อปีภายในปี 2050 ซึ่งคิดเป็นราวหนึ่งในสี่ของการผลิตซีเมนต์ทั่วโลกในปัจจุบัน
วิธีสร้างซีเมนต์ขึ้นใหม่ในเตาอาร์กไฟฟ้า
- ทีมนักวิจัยจาก Cambridge ได้พัฒนาวิธีรีไซเคิลซีเมนต์โดยอาศัย เตาอาร์กไฟฟ้า ที่ใช้สำหรับรีไซเคิลเหล็ก
- วิธีนี้ถูกเผยแพร่ผ่านงานวิจัย Electric recycling of Portland cement at scale ที่ตีพิมพ์ในวารสาร Nature
- ในการรีไซเคิลเหล็กแบบเดิม จะใช้ lime flux เพื่อกำจัดสิ่งเจือปน และผลลัพธ์จากกระบวนการก็มักกลายเป็นของเสียประเภท slag
- เมื่อซีเมนต์ใช้แล้วเข้าไปแทนที่ lime flux ผลลัพธ์สุดท้ายจะกลายเป็น ซีเมนต์รีไซเคิล ที่นำไปใช้กับคอนกรีตใหม่ได้
- กระบวนการนี้ช่วยลดการปล่อยของทั้งสองอุตสาหกรรมด้วยการลดความต้องการ lime flux โดยไม่เพิ่มต้นทุนอย่างมีนัยสำคัญให้กับการผลิตคอนกรีตหรือเหล็ก
ทำไมการปล่อยจากซีเมนต์จึงสูงมาก
- คอนกรีตประกอบด้วยทราย กรวด น้ำ และซีเมนต์ โดยซีเมนต์ทำหน้าที่เป็นวัสดุยึดประสาน
- แม้ซีเมนต์จะมีสัดส่วนไม่มากในคอนกรีต แต่กลับเป็นสาเหตุของการปล่อยเกือบ 90% ของคอนกรีตทั้งหมด
- การผลิตซีเมนต์แบบเดิมต้องบดหินปูนและวัตถุดิบ ก่อนนำไปผ่านกระบวนการ clinkering ในเตาขนาดใหญ่ที่ให้ความร้อนราว 1,450°C
- ระหว่างกระบวนการนี้ หินปูนจะเกิดการสลายคาร์บอเนตกลายเป็นปูนขาวและปล่อย CO₂ ออกมาปริมาณมาก
- ตลอด 10 ปีที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์ได้ศึกษาวิธีแทนที่ซีเมนต์ในคอนกรีตราวครึ่งหนึ่งด้วยวัสดุทางเลือกอย่าง fly ash แต่การทำให้วัสดุเหล่านี้แข็งตัวได้ยังต้องอาศัยการกระตุ้นทางเคมีจากซีเมนต์ที่ยังเหลืออยู่
- Julian Allwood ระบุว่าความต้องการซีเมนต์ทั่วโลกอยู่ที่ราว 4 พันล้านตัน ต่อปี และมองว่าวัสดุทดแทนลักษณะนี้เพียงอย่างเดียวไม่สามารถจัดหาปริมาณได้เพียงพอในทางกายภาพ
การทดลองที่เชื่อมคอนกรีตใช้แล้วกับ slag จากการผลิตเหล็ก
- แนวคิดเริ่มต้นมาจากการสังเกตว่า หากทุบคอนกรีตเก่า แยกทรายและหินออก แล้วให้ความร้อนกับซีเมนต์ ก็สามารถไล่น้ำออกและสร้าง clinker ขึ้นใหม่ได้
- การทำ clinkering ต้องใช้ทั้งความร้อนและองค์ประกอบของออกไซด์ที่เหมาะสม ซึ่งในซีเมนต์ใช้แล้วมีองค์ประกอบเหล่านี้อยู่ แต่ต้องถูกทำให้กลับมาทำงานได้อีกครั้ง
- ทีมนักวิจัยนำของเสียจากการรื้อถอนมาผสมกับปูนขาว อะลูมินา และซิลิกา เพื่อสร้าง slag หลายสูตร จากนั้นนำไปแปรรูปร่วมกับเหล็กหลอมเหลวใน EAF ของ Materials Processing Institute แล้วทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็ว
- ตามคำอธิบายของ Cyrille Dunant การผสม clinker ซีเมนต์กับเหล็กออกไซด์ทำให้เกิด slag สำหรับการผลิตเหล็กที่เกิดฟองได้ดีและไหลตัวได้ดี
- หากปรับสมดุลขององค์ประกอบและทำให้ slag เย็นตัวเร็วเพียงพอ ก็จะได้ ซีเมนต์ที่ถูกกระตุ้นกลับมาใช้งานได้อีกครั้ง โดยไม่เพิ่มต้นทุนให้กับกระบวนการผลิตเหล็ก
- ซีเมนต์รีไซเคิลนี้มีปริมาณเหล็กออกไซด์สูงกว่าซีเมนต์ทั่วไป แต่ประเมินว่าผลกระทบต่อสมรรถนะมีไม่มาก
เป้าหมายการผลิต 1 พันล้านตันในปี 2050
- การทดสอบล่าสุดของ Materials Processing Institute แสดงให้เห็นว่าเตาอาร์กไฟฟ้าสามารถผลิตซีเมนต์รีไซเคิลได้ ในระดับอุตสาหกรรม และนี่เป็นครั้งแรกที่ทำได้สำเร็จ
- กระบวนการ Cambridge Electric Cement กำลังขยายขนาดอย่างรวดเร็ว
- ภายในปี 2050 อาจสามารถผลิตได้ถึง 1 พันล้านตัน ต่อปี ซึ่งเทียบเท่ากับราวหนึ่งในสี่ของการผลิตซีเมนต์ทั่วโลกในปัจจุบัน
- หาก EAF ขับเคลื่อนด้วยพลังงานหมุนเวียน วิธีนี้อาจนำไปสู่การผลิต ซีเมนต์ปลอดการปล่อย ได้ในระยะยาว
- ทีมนักวิจัยได้ยื่นจดสิทธิบัตรกระบวนการนี้เพื่อสนับสนุนการนำไปใช้เชิงพาณิชย์
การลดการใช้คอนกรีตก็สำคัญไม่แพ้เทคโนโลยี
- Allwood กล่าวว่า การผลิตซีเมนต์ปลอดการปล่อยเป็น “absolute miracle” แต่ก็ยังจำเป็นต้องลดการใช้ซีเมนต์และคอนกรีตลงด้วย
- เขามองว่าคอนกรีตมีราคาถูก แข็งแรง และผลิตได้แทบทุกที่ แต่ปัจจุบันมีการใช้งานมากเกินไป
- สามารถลดการใช้คอนกรีตลงได้มากโดยไม่ทำให้ความปลอดภัยลดลง แต่สิ่งนี้ต้องอาศัย เจตจำนงทางการเมือง
- Cambridge Electric Cement อาจไม่เพียงเป็นจุดเปลี่ยนของอุตสาหกรรมก่อสร้างเท่านั้น แต่ยังเป็นสัญญาณว่าโอกาสด้านนวัตกรรมในการเปลี่ยนผ่านสู่การปล่อยเป็นศูนย์นั้นมีมากกว่าภาคพลังงาน
1 ความคิดเห็น
ความคิดเห็นจาก Hacker News
น่าทึ่งที่มีการรีไซเคิลคอนกรีตด้วย เตาอาร์กไฟฟ้าขนาดใหญ่ที่ใช้ในการรีไซเคิลเหล็กกล้า หากใช้พลังงานแสงอาทิตย์เดินเตาอาร์ก ก็น่าจะทำคอนกรีตแบบไร้การปล่อยก๊าซได้ด้วย
ปัจจุบันคอนกรีตคิดเป็น 7.5% ของการปล่อยคาร์บอนที่มนุษย์ก่อขึ้น จึงอาจสร้างความแตกต่างได้มาก เตาอาร์กใช้พลังงานมหาศาลก็จริง แต่ถ้าพลังงานแสงอาทิตย์เพิ่มเป็นสองเท่าทุก 2 ปี ในบางช่วงเวลากลางวันจะมีไฟฟ้าเหลือมากจนรับไม่ไหว และเตาอาร์กก็เป็นวิธีที่ดีในการดูดซับราคาตลาดไฟฟ้าจริงที่ติดลบ
ตาม https://ourworldindata.org/grapher/electricity-prod-source-s... ไฟฟ้าหมุนเวียนทั่วโลกอยู่ที่ 10,700TWh ในปี 2021 และ 11,600TWh ในปี 2023 ส่วนการผลิตเหล็กดิบในปี 2023 อยู่ที่ 1.5 พันล้านตัน โดย 30% ผลิตด้วยเตาไฟฟ้า แม้สมมติว่าใน 30% นี้มี 20% ที่ใช้ไฟฟ้าหมุนเวียนอยู่แล้ว ก็ยังมี 24% หรือ 360 ล้านตันที่ต้องการไฟฟ้าสีเขียว และ 360 ล้าน × 0.4MWh = 144TWh หากตัดสมมติฐานนี้ออกก็ราว 152TWh ดังนั้นในทางทฤษฎี หากทุ่มไฟฟ้าหมุนเวียนทั่วโลกประมาณ 1.5% ก็สามารถทดแทน 24% ของการผลิตเหล็กดิบด้วยเตาไฟฟ้าได้ อัตราเพิ่มของไฟฟ้าหมุนเวียนทั่วโลกอยู่ที่ +5% ดังนั้นในทางทฤษฎีดูเหมือนใช้เวลาเพียง 1 ปีก็ทำให้การผลิตเหล็กเป็นสีเขียวได้ และแม้ตัวเลขจะผิดไป 100% ก็ยังอยู่ระดับ 2 ปี อย่างไรก็ตาม หาก 5% นั้นไม่ได้มาพร้อมกับการลดการใช้ถ่านหินและก๊าซลง 5% ก็ไม่มีประโยชน์ และความจริงก็ไม่ได้เป็นเช่นนั้น
ต่อให้ขยายขนาดได้มาก ก็น่าจะลด 7.5% ลงได้เพียงเล็กน้อยเท่านั้น
https://www.eia.gov/todayinenergy/detail.php?id=50357
อาจใช้กลั่นน้ำทะเลหรือขุดคริปโทเคอร์เรนซี และถ้ามีหุ่นยนต์ที่มีความสามารถระดับมนุษย์ ก็สามารถเพิ่มการผลิตทุกอย่างได้อย่างไม่สิ้นสุด
เป็นการค้นพบที่เจ๋งมาก แต่แม้ในปัจจุบัน ซีเมนต์ที่ใช้แล้ว ก็ไม่ได้ถูกส่งไปหลุมฝังกลบทั้งอย่างนั้น
ซีเมนต์ส่วนใหญ่กลายเป็นคอนกรีต และคอนกรีตที่บดเป็นขนาดต่าง ๆ เป็นวัสดุมีค่า ใช้เป็นมวลรวมที่ถูกกว่าหินคลุกในการก่อสร้างถนน ฯลฯ ในพื้นที่ที่ผมอยู่ เวลาผมเห็นโฆษณาขายคอนกรีตบดแล้วโทรไป มักขายหมดไปแล้ว ดูเหมือนวัสดุแบบนี้จะขาดแคลนเสมอ เพราะดินแถวนั้นเป็นดินเหนียวกับทราย
เศษคอนกรีตก็มีมูลค่าในการกู้คืนแม้อยู่ในหน้างาน หากจะรีไซเคิลด้วยวิธีนี้ ต้องขนไปยังโรงบด โม่ แยก แล้วขนกลับไปยังเตาหลอมอีกครั้ง จากนั้นกระบวนการที่กล่าวในบทความจึงจะเริ่มขึ้น
ส่วนที่ “ถ้าทำได้ก็คือเรื่องใหญ่” ดูเหมือนจะอยู่ที่การทำให้คอนกรีตกลับไปเป็น เพสต์ซีเมนต์ที่ผ่านการไฮเดรชัน
บทความวิจัยจริง: https://www.nature.com/articles/s41586-024-07338-8
ในบทความระบุว่าเพสต์ซีเมนต์ที่กู้คืนได้ (RCP) ยังไม่มีการจัดหาในระดับเชิงพาณิชย์ในปัจจุบัน และมูลค่าของมวลรวมที่กู้คืนซึ่งได้รับการปรับปรุงแล้วไม่สูงพอจะครอบคลุมต้นทุนการประมวลผลเพิ่มเติม ทำให้ปัจจุบัน RCP ถูกฝังกลบ อย่างไรก็ตาม บทความบอกว่ามีองค์ความรู้และเทคโนโลยีที่จำเป็นสำหรับการผลิต RCP ขนาดใหญ่แล้ว พร้อมอ้างอิง [22]
22. Thermomechanical beneficiation of recycled concrete aggregates (RCA): https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S095006182...
แต่บทความที่ถูกอ้างถึงไม่ได้สนับสนุนข้ออ้างว่ามีเทคโนโลยีรีไซเคิลคอนกรีตให้เป็น RCP อยู่แล้ว บทความนั้นกล่าวถึงการกำจัดมอร์ตาร์ที่เกาะติด (AM) ออกจากมวลรวมคอนกรีตรีไซเคิล (RCA)
ดีใจที่หัวข้อนี้ยังรอดมาได้แม้ผ่านกระบวนการติดธงของ HN แล้ว
อยากให้มีการพูดคุยถึง แหล่งพลังงานที่ไม่ใช่คาร์บอน อื่น ๆ ที่มีแนวโน้มดีด้วย เช่น พลังงานความร้อนใต้พิภพแบบเจาะลึก แม้จะออกนอกประเด็นไปหน่อย แต่คนทั่วไปมักตกใจเมื่อบอกว่า NET-ZERO == MAX-CO2 == MAX-HEAT หลายคนคิดง่าย ๆ ว่าเมื่อถึงการปล่อยสุทธิเป็นศูนย์ก็ถือว่าภารกิจสำเร็จแล้ว แต่สิ่งที่สำคัญจริง ๆ คือพื้นที่ใต้กราฟ หรือก็คือปริมาณ CO2/ก๊าซเรือนกระจกเทียบเท่าทั้งหมดที่เราส่งขึ้นไปในชั้นบรรยากาศ และสิ่งเหล่านี้คงอยู่เป็นเวลานาน
ตอนนี้เราเข้าใกล้ +1.5°C แล้ว และภายใต้สภาวะปัจจุบันที่การปล่อยยังคงอยู่ในระดับสูงแบบทรงตัว หากอุณหภูมิเพิ่มขึ้นราว 0.25~0.3°C ทุก 10 ปี เมื่อเราไปถึงการปล่อยสุทธิเป็นศูนย์ราวปี 2050 ก็น่าจะอยู่ในช่วง +2.5~+3.0°C ผมไม่แน่ใจว่า +2.5°C จะยังเอื้อต่อการอยู่รอดของประชากรจำนวนมากหรือไม่ จึงเริ่มมองไปถึงสิ่งอย่างการจัดการรังสีดวงอาทิตย์ (SRM) เช่น การปล่อยอนุภาคกำมะถันขึ้นไปเพื่อเพิ่มปริมาณเมฆ และลดแสงอาทิตย์ที่มหาสมุทรดูดซับ ทำให้เกิดผลสุทธิด้านการทำให้เย็นลง จนกระทั่งไม่นานมานี้ กำมะถันในเชื้อเพลิงของเรือคอนเทนเนอร์ก็เคยให้ผลแบบนี้ แต่ต่อมามีการออกกฎให้ลดปริมาณกำมะถันในเชื้อเพลิงลง
สุดท้ายแล้ว เราพาตัวเองเข้ามาในความยุ่งเหยิงนี้ด้วยการใช้ วิศวกรรมภูมิอากาศ สร้างชีวภาคที่ร้อนและมี CO2 สูง และดูเหมือนว่าตอนจะออกไปก็คงต้องใช้วิศวกรรมเช่นกัน อย่างน้อยก็น่ายินดีที่มีเทคโนโลยีจำนวนมากซึ่งดูเหมือนจะทดแทนเชื้อเพลิงคาร์บอน กักเก็บพลังงาน และลดความร้อนได้
อย่างที่สอง ต้องมีการรับประกันเงินทุนสนับสนุนอย่างต่อเนื่อง หากทำ SRM ไป 20 ปีแล้วหยุดกะทันหัน ผลของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่เพิ่มขึ้นตลอด 20 ปีจะปรากฏขึ้นพร้อมกันในคราวเดียว นอกจากนี้ยังต้องอาศัยแรงผลักดันทางการทูตครั้งใหญ่ที่สุดในประวัติศาสตร์มนุษยชาติ เพื่อให้แทบทุกประเทศเข้าร่วม เพราะทุกประเทศจะได้รับผลกระทบ หากไม่มีความยินยอมก็อาจนำไปสู่ความขัดแย้งได้ ตัวอย่างเช่น รัสเซียคาดหวังอุณหภูมิที่สูงขึ้นและฤดูเพาะปลูกที่ยาวนานขึ้น
อีกวิธีหนึ่งคือไม่สร้างสิ่งของที่ต้องรื้อถอนภายใน 10 ปี อาคาร คอนกรีต ขนาดใหญ่ในเมืองจำนวนไม่น้อยถูกรื้อถอนภายในเวลาไม่ถึง 20 ปี และบางแห่งหายไปในเวลาเพียง 10 ปี
มันค่อนข้างสิ้นเปลือง ดังนั้นถ้ามีการวางแผนและมองการณ์ไกล ก็น่าจะมีวิธีที่ดีกว่านี้แน่นอน
เป็นวิธีที่ใช้เศษคอนกรีตแทน ฟลักซ์ ที่ใช้ในการรีไซเคิลเหล็ก ทำให้ได้ซีเมนต์รีไซเคิลแทนสแลกที่ไร้ประโยชน์
เป็นไอเดียที่ดีมาก แต่ต้องจำไว้ว่า แม้การผลิตเหล็กทั่วโลกทั้งหมดจะเปลี่ยนมาใช้วิธีนี้ ผลกระทบต่อปริมาณการผลิตซีเมนต์ก็ยังน้อยมาก เหล็กมีขนาดราว 100 ล้านตัน/ปี ส่วนซีเมนต์ราว 4 พันล้านตัน/ปี
https://www.statista.com/statistics/267264/world-crude-steel...
ในปี 2022 การผลิตเหล็กดิบทั่วโลกอยู่ที่ประมาณ 1.9 พันล้านตัน อย่างไรก็ตาม สัญชาตญาณที่ว่าผลกระทบต่อการผลิตซีเมนต์จะน้อยนั้นถูกต้อง
ตามรายงานนี้ การผลิตเหล็กใหม่จากแร่ต้องใช้หินปูนประมาณ 270 กก. ต่อเหล็ก 1 ตัน ส่วนการรีไซเคิลเหล็กในเตาอาร์กไฟฟ้าต้องใช้ 88 กก.
https://worldsteel.org/wp-content/uploads/Fact-sheet-raw-mat...
การผลิตเหล็กทั่วโลกราว 35% มาจากการรีไซเคิล และ 65% มาจากแร่ ดังนั้นงานวิจัยของ Cambridge ครั้งนี้ ซึ่งใช้กับเหล็กรีไซเคิล อาจทดแทนการใช้หินปูนได้ประมาณ 59 ล้านตัน เมื่อเทียบกับการบริโภคซีเมนต์ทั่วโลกที่มีหน่วยเป็นหลายพันล้านตันก็ถือว่าน้อย แต่สำหรับเทศบาลหรือท้องถิ่นที่มีเตาอาร์กไฟฟ้า อาจมีความหมายในระดับพื้นที่ได้
นักวิจัยจาก Cambridge พบว่าซีเมนต์ที่ใช้แล้วเป็นวัสดุทดแทน ฟลักซ์ปูนขาว ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ถ้าอย่างนั้นคอนกรีตนี้ก็เหมือนถูก “รีไซเคิล” แค่ในฐานะวัสดุทดแทนระหว่างการผลิตเหล็กหรือเปล่า
วิธีนั้นขยายขนาดได้ยาก ต่อให้ต้องการจัดการคอนกรีตที่อยากรีไซเคิลเพียง 1% ก็ต้องผลิตเหล็กเพิ่มขึ้นมหาศาล
เป็นแฮ็กที่เจ๋งทีเดียว
การผลิตซีเมนต์เป็นสาเหตุสำคัญส่วนหนึ่งของ การปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ทั่วโลก น่าทึ่งที่กำลังมีการพัฒนาวิธีรีไซเคิลซีเมนต์ที่มีประสิทธิภาพ