Om cementproducenter var ett land skulle de vara den tredje största koldioxidutsläpparen i världen, bara efter Kina och USA. Tillverkningen av cement som används för att tillverka betong ger uppskattningsvis 8 % av de globala koldioxidutsläppen, vilket är nästan 3 miljarder ton koldioxid per år.
I epicentrum av SoCals cementindustri, San Bernardino Countys höga öken i Inland Empire – en region rik på kalksten, nyckelingrediensen i cement – producerar två enorma cementfabriker mer kombinerade koldioxidutsläpp än Golden States flygindustri.
Fabrikerna, CalPortlands Cemex-anläggning i Oro Grande och en Mitsubishi cementfabrik i Lucerne Valley, tillsammans med fyra andra cementtillverkningsanläggningar i Kalifornien, har gjort betydande vinster i energieffektivitet under de senaste två decennierna. Enligt statens luftresursstyrelse har anläggningarna tillsammans minskat utsläppen med cirka 17 % jämfört med nivåerna 2000.
Men Kaliforniens cementtillverkare kommer att behöva mer än fördubbla dessa utsläppsminskningar för att uppfylla delstatens nya krav att cementtillverkning måste minska koldioxidutsläppen med 40 % i slutet av 2035 och uppnå nettonollutsläpp till 2045.
Om ett experimentellt pilotprogram som nu pågår som involverar en ny form av förnybar energi – en koncentrerad solenergianläggning känd som en heliostat – är framgångsrik, kan de kanske nå målet för att minska utsläppen innan deadline.
En Pasadena-baserad startup vid namn Heliogen tilldelades precis ett anslag på 4,1 miljoner USD från det amerikanska energidepartementet för att finansiera pilotprojektet i staden Mojave Desert i Lancaster, Kalifornien, som bokstavligen syftar till att lösa cementutsläppsproblemet med hjälp av rök och speglar.
På platsen för en gammal driving range, lyser ett 55-fotstorn utrustat med svarta rör och kameror med ett ljus starkare än solen. Ljuset strålas upp till tornet från ett fält av speglar – känt som en heliostat – som har programmerats att följa solen och stråla koncentrerat solljus upp till en mottagare i tornet, som är kopplad till ett system som kan fånga och lagra intensiv hetta.
Heliogen säger att installationen skulle kunna användas för att driva ett stort antal energiintensiva industrier som driver 24/7-verksamhet, men dess första test kommer att innebära en ansträngning för att koldioxidutlösa cementproduktion, enligt en rapport i Orange County Register.
Det traditionella sättet att tillverka cement går ut på att mala upp kalksten, kombinera den med andra mineraler och förvärma satsen i ett stort torn till cirka 1 600 grader F. Den uppvärmda satsen överförs sedan till en roterande ugn, där temperaturen når upp till 2 800 grader F .
Uppvärmningsprocessen, känd som kalcinering, ger fasta grå klumpar som i branschen kallas klinker. Klinker kombineras med gips och pulveriseras till cementpulver som kombineras med sand och säljs till entreprenörer som bara ska hälla det i cementblandare och tillsätta vatten för att göra betong.
Heliogens pilotprogram bygger ett system med ett vakuum som kommer att suga upp pulveriserad kalksten och andra mineraler till toppen av tornet, där materialen kommer att träffas av den intensiva värmen som genereras av heliostaten, vilket omedelbart startar den kemiska reaktionen som producerar klinker.
Klinkern vid Heliogen-anläggningen kommer att flytta in i en ugn som drivs av ren energi som väte – som också kan skapas med den koncentrerade solenergin som genereras av speglarfältet.
Heliogen siktar på att ha demonstrationsprojektet för solcellsdriven cementkalcinering färdigställt 2025, följt av en installation i kommersiell skala 2028 – i tid för att tillhandahålla en hållbar lösning för att uppfylla statens 2035 års kolreduktionsmål för cementtillverkning.
