针对水泥生产过程中大量碳排放问题，南开大学光电子薄膜器件与技术研究所罗景山教授课题组近日提出一种基于电化学的石灰石转化生产消石灰和有价值碳质产物的方法。
罗景山介绍说，有别于传统水泥生产制备工艺石灰石高温热解释放二氧化碳同时得到生石灰的方法，该方法不排放二氧化碳，而是将石灰石中的碳元素转化成有价值的碳质产物，可以用作燃料和化学品生产，有望用于水泥行业脱碳，助力我国实现“双碳”目标。
在工业生产过程中，水泥的生产是最大的二氧化碳排放源之一。2020年，水泥行业碳排放占我国碳排放总量的13.5%。统计数据显示，生产1吨水泥约排放0.6吨二氧化碳，其中约60%排放来自石灰石的热分解，其余约40%排放来自加热过程中化石燃料利用及相关设备的电力消耗。后者可以通过使用可再生燃料和可再生能源来减排，但消除石灰石热分解过程中排放的二氧化碳仍然面临挑战。针对这一难题，罗景山课题组基于以往的电化学转化石灰石制备消石灰研究，并结合课题组在电化学水分解和二氧化碳还原反应方面的研究基础，提出一种基于电化学系统的石灰石转化生产消石灰和有价值碳质产物的方法。首先，课题组基于中性水分解反应体系对石灰石进行处理转化。此过程利用中性水分解反应中析氧反应过程产生的氢离子与石灰石反应生成钙离子及二氧化碳，钙离子与体系中生成的氢氧根结合形成消石灰，可直接用于水泥生产。其次，课题组通过切换施加电压，将体系中生成的二氧化碳原位转化成有价值的碳质产物，如一氧化碳、甲烷、烯烃等，反应产物可以通过调换催化剂实现调控。
此项技术提出了基于电化学法进行水泥生产来实现水泥行业脱碳的新概念，现仍处于实验室科学研究阶段，未来实际应用还需进一步研究。