طور باحثون في الولايات المتحدة طريقة جديدة تعتمد على التسخين بالبلازما الكهربائية، يمكن أن تسرع إنتاج الأسمنت بشكل كبير، مع تقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري المستخدم تقليديا في هذه الصناعة.
وطور التقنية تشي تشنغ، الحاصل على الدكتوراه، ويي كوي، الحاصل على الدكتوراه، من جامعة ستانفورد، بالتعاون مع باولو مونتيرو، الحاصل على الدكتوراه، وهو باحث في الهندسة المدنية بجامعة كاليفورنيا في بيركلي.
وتعتمد الطريقة على استخدام بلازما تصل درجة حرارتها إلى أكثر من 4352 درجة فهرنهايت، أي نحو 2400 درجة مئوية، لتسخين المواد الخام المستخدمة مباشرة في صناعة الأسمنت.
إنتاج كلنكر الأسمنت بسرعة أكبر 100 مرة
أظهرت الطريقة المقترحة قدرة على إنتاج كلنكر الأسمنت بسرعة تصل إلى 100 مرة مقارنة بطرق إنتاج الأسمنت التقليدية.
والكلنكر هو المادة الصلبة التي تنتج خلال تسخين المواد الخام في صناعة الأسمنت، ثم تطحن لاحقا مع مكونات أخرى لإنتاج الأسمنت.
ولا تقتصر أهمية التقنية على زيادة سرعة الإنتاج، إذ أظهرت الاختبارات أيضا أنها تقلل هدر الحرارة مقارنة بالطرق التقليدية.
وهذا قد يجعل عملية إنتاج الأسمنت أكثر كفاءة من الناحية الحرارية، إلى جانب إمكانية تقليل الاعتماد على مصادر الوقود الأحفوري.
بلازما بدرجة حرارة 2400 مئوية
تعتمد التقنية على البلازما الكهربائية لتوفير الحرارة اللازمة لمعالجة المواد الخام.
وتتميز البلازما المستخدمة بقدرتها على الوصول إلى درجات حرارة شديدة الارتفاع، إذ تتجاوز 2400 درجة مئوية في هذه العملية.
وبدلا من الاعتماد بشكل أساسي على حرق الوقود لتوفير الحرارة اللازمة، تستخدم الطريقة الجديدة الطاقة الكهربائية لتسخين المواد الخام مباشرة.
وقد يفتح ذلك المجال أمام استخدام مصادر الكهرباء منخفضة الانبعاثات في تشغيل العملية، ما يمكن أن يساعد على تقليل البصمة الكربونية لصناعة الأسمنت عند توافر كهرباء نظيفة.
أسمنت بخصائص مماثلة للتقليدي
لم تقتصر الاختبارات على سرعة الإنتاج وكفاءة التسخين.
فوفقا للباحثين، كان الأسمنت الناتج باستخدام التقنية الجديدة متينا وقابلا للتشغيل مثل الأسمنت التقليدي.
وهذه النقطة مهمة لأن أي تقنية جديدة لإنتاج الأسمنت تحتاج إلى الحفاظ على الخصائص الأساسية للمادة النهائية، وليس فقط تقليل وقت التصنيع أو استهلاك الطاقة.
تقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري
تعد صناعة الأسمنت من الصناعات التي تحتاج إلى كميات كبيرة من الحرارة لإنتاج الكلنكر، ولذلك تعتمد عمليات الإنتاج التقليدية بدرجة كبيرة على الوقود.
ويهدف استخدام البلازما الكهربائية إلى تغيير طريقة توفير هذه الحرارة، من خلال الاعتماد على الكهرباء بدلا من احتراق الوقود الأحفوري لتسخين المواد الخام.
وإذا أمكن تشغيل هذه التقنية باستخدام مصادر كهرباء منخفضة الانبعاثات، فقد تصبح وسيلة للمساعدة في خفض الانبعاثات المرتبطة بعملية إنتاج الأسمنت.
خطوة نحو صناعة أسمنت أكثر استدامة
يمكن أن تجمع التقنية الجديدة بين ميزتين رئيسيتين: تسريع إنتاج الأسمنت وتقليل هدر الحرارة والاعتماد على الوقود الأحفوري.
لكن تحويل الطريقة من مرحلة البحث إلى تطبيق صناعي واسع سيحتاج إلى مزيد من الاختبارات لتقييم كفاءتها على نطاق أكبر، وتكاليف تشغيلها، ومدى قدرتها على العمل باستمرار في مصانع الأسمنت.
ومع ذلك، تمثل تقنية التسخين بالبلازما الكهربائية اتجاها واعدا لتطوير طرق أكثر كفاءة واستدامة لإنتاج الأسمنت، مع الحفاظ على خصائص المادة المطلوبة في قطاع البناء.