Następna rewolucja słoneczna może zasilić produkcję cementu światłem słonecznym
Procesy przemysłowe, na których opiera się współczesna cywilizacja, są złożone i różnorodne, ale łączy je jedno – wymagają dużych ilości ciepła, którego wyprodukowanie wymaga zdumiewających ilości paliwa. Ciepło ma kluczowe znaczenie dla działań przemysłowych, ale jest również pomijanym, choć rosnącym źródłem emisji gazów cieplarnianych.
A gdybyśmy zamiast dotychczasowych procesów mogli użyć ciepła słonecznego?
Finansowany przez UE projekt SOLPART jest dobrym przykładem tego, jak słoneczna energia cieplna znajduje nowe zastosowania poza głównym obszarem technologii, jakim jest wytwarzanie energii elektrycznej lub podgrzewanie wody. Termiczna energia słoneczna może również stanowić źródło ciepła wolne od węgla, które można wykorzystać w różnych procesach przemysłowych. Naukowcom udało się zaprojektować dwa różne reaktory słoneczne, każdy działający w temperaturze z zakresu 750–950 °C, które można użyć do przetwarzania kilku przydatnych w przemyśle surowców, takich jak wapień, fosfor i mączka cementowa. Te reaktory słoneczne miały postać pieca obrotowego ze złożem fluidalnym (rodzajem maszynki do mielenia skał). W ramach projektu SOLPART uruchomiono również na skalę pilotażową reaktor o mocy od 40 kW do 60 kW, zdolny do przetworzenia węglanu wapnia (CaCO3) w tempie 20 kg/h. Rozkład CaCO3 podczas podgrzewania do wysokich temperatur na wapno (CaO) i CO2 (kalcynacja) jest pierwszym krokiem prowadzącym do uzyskania cementu. Jakość wapna słonecznego produkowanego przez kalcynację CaCO3 w skali pilotażowej odpowiadała przemysłowym standardom jakości. Ponadto naukowcy po raz pierwszy zademonstrowali udaną kalcynację marokańskiego fosforanu na skalę pilotażową przy użyciu reaktora ze złożem fluidalnym i współczynnikiem konwersji przekraczającym 99 %.
Ciepło słoneczne mogłoby zastąpić paliwa kopalne w produkcji cementu i wapna
„W projekcie SOLPART w przetwarzaniu materiałów przemysłowych substytutem energii pochodzącej z paliw kopalnych jest energia słoneczna. Dostarczanie ciepła odpowiada za 40 % emisji CO2 uwalnianego w procesie kalcynacji CaCO3, której można w pełni uniknąć, zastępując paliwa kopalne ciepłem słonecznym”, mówi koordynator projektu Gilles Flamant. Koncepcja słonecznej technologii termicznej jest prosta tylko pozornie. Światło słoneczne jest wychwytywane i skupiane przez lustra na odbiorniku termicznym. Badacze projektu pominęli etap wytwarzania energii elektrycznej, który obejmuje podgrzewanie płynu. Zamiast tego wykorzystali ciepło słoneczne do bezpośredniego zasilania reaktora z piecem obrotowym i złoża fluidalnego (lub pośrednio przy użyciu ściany adsorbcyjnej). Konwencjonalna produkcja cementu polega na ogrzewaniu mieszanki wapienia (CaCO3) i innych składników do temperatury do 1 500 °C przy użyciu ogromnych ilości paliw węglowych. „Na razie osiąganie tak wysokich temperatur przy użyciu cieplnej energii słonecznej (skoncentrowanej energii słonecznej) nie jest jeszcze proste. Jednak pierwszy krok w procesie produkcji cementu (rozkład CaCO3) wymaga niższych temperatur, około 900 °C. Na tym etapie zachodzi większość emisji CO2”, wyjaśnia Flamant. Na razie pilotażowy system SOLPART pozostaje imponującym eksperymentalnym potwierdzeniem raczej futurystycznej koncepcji. Zasilanie produkcji cementu światłem słonecznym wymaga jakiegoś rozwiązania do magazynowania energii, aby przestało ono zależeć od dostępności światła słonecznego. Wymagałoby również podgrzania znacznie większej ilości wapienia – zwiększenia skali przetwarzania od kilku kilogramów, jak podczas projektu, do kilku tysięcy kilogramów dziennie.
Słowa kluczowe
SOLPART, cement, wapno, kalcynacja, ciepło słoneczne, CO2, złoże fluidalne, piec obrotowy, wapień