# Groen cement

Cement is een veelgebruikt bouwmateriaal dat wordt gemaakt uit kalksteen en klei. Kalksteen bestaat voornamelijk uit calciumcarbonaat, en klei bestaat voornamelijk uit siliciumdioxide (SiO2). Bij de traditionele productie van cement wordt een mengsel van fijngemalen kalksteen en klei verhit in een lange, ronddraaiende ovenbuis (figuur 1). Door de licht hellende opstelling van de ovenbuis schuift het mengsel langzaam in de richting van de zeer hete vlammen, die ontstaan door verbranding van steenkool.

De steenkool is tot poeder vermalen.

Boven in de ovenbuis ontleedt calciumcarbonaat bij een temperatuur van 700-900 °C tot calciumoxide (CaO) en CO2.

CaCO3 (s) --> CaO (s) + CO2 (g) (reactie 1)

Onder in de ovenbuis reageert calciumoxide met siliciumdioxide (SiO2) bij een temperatuur van 1450 °C. Wanneer deze reactie plaatsvindt in de molverhouding 3 : 1 ontstaat uitsluitend de stof aliet.

Er zijn verschillende oorzaken van het ontstaan van CO2 tijdens de traditionele productie van cement. Een voorbeeld van zo’n oorzaak is reactie 1.

In 2018 veroorzaakte de traditionele productie van cement 8% van de wereldwijde uitstoot aan CO2. Omdat dit CO2 is verontreinigd met stikstofoxiden (NOx) en koolstofmono-oxide, is het ongeschikt als grondstof in andere processen.

Amerikaanse onderzoekers hebben op laboratoriumschaal een nieuw proces ontwikkeld voor de productie van cement. Dit nieuwe proces maakt gebruik van een reactor (figuur 2) die calciumcarbonaat (CaCO3) met behulp van elektrische stroom omzet tot calciumhydroxide (Ca(OH)2). De reactor bestaat uit drie ruimtes die van elkaar gescheiden zijn door membranen.

Wanneer de reactor is aangesloten op een spanningsbron, vinden de volgende omzettingen plaats (tabel 1).

Een van de vergelijkingen uit tabel 1 is van een zuur-basereactie.

De onderzoekers hebben gemeten dat de gassen zuurstof, koolstofdioxide en waterstof in de molverhouding 1 : 2 : 2 uit de reactor vrijkomen. Deze verhouding is ook af te leiden door alle vergelijkingen in tabel 1 in de juiste verhouding bij elkaar op te tellen.

De gassen die in de reactor ontstaan, kunnen worden gebruikt voor het opwekken van elektrische stroom in een brandstofcel (figuur 3). De elektrische stroom kan weer gebruikt worden om de reactor aan te drijven.

Het nieuwe proces voor de productie van cement verloopt in twee stappen:

stap 1: Calciumcarbonaat (CaCO3) wordt in de reactor (figuur 2 en 3) omgezet tot calciumhydroxide (Ca(OH)2).
stap 2: De calciumhydroxide wordt in de juiste verhouding gemengd met siliciumdioxide en binnen twee uur bij 1500 °C omgezet tot aliet.

Op basis van de uitgangspunten 3 en 6 van de groene chemie kunnen voordelen van dit nieuwe productieproces benoemd worden ten opzichte van de traditionele productie van cement (figuur 1).