Один із найстаріших промислових процесів може отримати серйозне технологічне оновлення. Вчені зі Стенфордського університету та Каліфорнійського університету в Берклі розробили експериментальний метод виробництва цементного клінкеру за допомогою електричної плазми.
Під час лабораторних випробувань сировина перетворювалася на клінкер протягом кількох секунд — приблизно у 100 разів швидше, ніж у традиційному процесі. Результати команда представила на конференції American Chemical Society Fall 2026.
Клінкер є основним проміжним продуктом у виробництві портландцементу. Зазвичай суміш вапняку, глини та інших компонентів годинами нагрівають у великих обертових печах приблизно до 1400 °C. Після охолодження отримані гранули подрібнюють і перетворюють на цемент.
Нова система працює зовсім інакше. Електричний струм пропускають через іонізований газ, утворюючи плазму з температурою понад 2400 °C. Енергія подається безпосередньо до сировини, тому необхідні хімічні та фазові перетворення відбуваються майже миттєво.
Майже вдвічі менше теплових втрат
Швидкість виявилася не єдиною перевагою. За даними дослідників, традиційні цементні печі використовують корисно лише близько 30–40% виробленого тепла. Решта втрачається під час нагрівання самої печі, газів та проміжних етапів технологічного процесу.
У плазмовій установці майже 80% теплової енергії безпосередньо використовувалося для утворення клінкеру. Крім того, система працює на електроенергії і не потребує спалювання вугілля, газу чи іншого палива для створення необхідної температури.
Для цементної промисловості це особливо важливо. За оцінкою American Chemical Society, виробництво цементу щороку спричиняє викиди понад мільярда тонн CO₂ і відповідає майже за 8% глобальних викидів вуглекислого газу.
Втім, проста заміна печі плазмою не зробить звичайний цемент повністю безвуглецевим. Значна частина CO₂ утворюється не через паливо, а безпосередньо під час хімічного розкладання вапняку. Саме процесні викиди залишаються однією з найскладніших проблем декарбонізації цементної галузі.
Старий цемент можна перетворити на новий
Саме тому друга частина експерименту може виявитися навіть важливішою за рекордну швидкість.
Учені використали як сировину відпрацьовану цементну пасту, отриману під час переробки будівельних відходів. Плазма дозволила знову перетворити цей матеріал на клінкер.
Отриманий цемент мав механічні характеристики, порівнянні з традиційним продуктом. Під електронним мікроскопом дослідники також виявили в ньому nanoscale-дефекти, які швидко розчинялися при контакті з водою та прискорювали твердіння матеріалу.
Поєднання переробленої сировини з електричним нагріванням відкриває можливість створення значно більш замкненого циклу виробництва цементу. Якщо електроенергія надходитиме з низьковуглецевих джерел, це потенційно дозволить різко скоротити загальний вуглецевий слід процесу.
Однак до появи плазмових цементних заводів ще далеко. Наразі технологію продемонстровано лише як proof-of-concept. Дослідникам потрібно перевірити безперервну роботу установки, її вартість, ресурс обладнання та здатність працювати з будівельними відходами різного складу.
Наступним кроком команда планує співпрацювати з виробниками цементу та перевірити, чи можна масштабувати систему з лабораторного рівня до промислового виробництва.
