据SolarPACES报道，全球主要水泥生产商CEMEX开始与光热企业Synhelion合作，将打造全球首个高温太阳能零排放水泥生产线。Synhelion（苏黎世联邦理工工学院）是ETH旗下从事太阳能研究的企业，它使用先进的光热（CST）技术为热化学和工业用热行业提供高达1,500℃的热能。
双方合作的1MW试验项目将验证一种创新的光热解决方案，可以应对关键的气候挑战。替代化石能源并消除水泥生产中的二氧化碳（CO₂）排放量（约占世界每年二氧化碳排放量的8％）。Synhelion将以1500°C的高温太阳能替代燃烧化石燃料来提供热量。
合作意向
“Synhelion的技术可以显著减少水泥生产中CO₂的排放，” CEMEX全球研发主管Davide Zampini说道，他的研究方向是水泥化学和材料科学。“我们一直在研究太阳能，所以Synhelion引起了我们的兴趣。”
Zampini对于太阳能的关注不仅在供热方面，而且还考虑将其用于解决水泥生产碳排放中最棘手的问题，就是石灰石的煅烧反应。水泥制造排放CO₂主要来自两个方面，其中1/3是来自使用化石燃料加热生产过程，但大约2/3来自煅烧反应本身排放的CO₂。
用太阳能代替化石能源的方案出炉
Zampini表示：“每个人都在谈论减少和捕获CO₂的排放，但没人在谈论如何处理捕获的CO₂。”
他向Synhelion首席执行官Gianluca Ambrosetti展示了自然排放的问题，Ambrosetti立即给出了一个方案，说明由于煅烧反应产生的CO₂排放浓度很高，Synhelion除了提供热量外还能捕获这些物质。并且Synhelion可以将其用于制造太阳能航空燃料。
Synhelion通过利用非常高温的太阳热化学来重新排列H₂O和CO₂分子，无需化石燃料就能生产太阳能航空燃料和其他碳氢化合物。因此，它本身就需要稳定的CO₂供应。
“是的，这是重点，” 作为物理学家，Ambrosetti非常赞同这一思路，“由于我们自己的制造太阳能燃料的过程旨在吸收CO₂，因此我们很容易从煅烧反应中以几乎纯净的形式提取CO₂。这意味着我们不需要投资建立一个庞大的独立碳储存部门。”
这比从燃煤电厂的烟气中捕获CO₂要容易得多，因为它已经处于没有空气的封闭回路中，没有氮氧化物排放。由于煤炭是在空气中燃烧的，而空气主要是氮，因此，燃煤电厂中的CO₂分离既复杂又昂贵。
Zampini立即了解了该技术的双重方优势。将太阳能热能用于水泥生产方面已经进行了大量研究，但用于碳捕获在内的研究还是首次。
Synhelion将使用与其用于制造太阳燃料稍有不同的设备。水泥工厂将建设相同的太阳能镜场，塔式集热器和储热系统，但没有进行太阳能热化学反应的反应器。对于这项技术，它只需虹吸CO₂并将其与水蒸气混合，将其中一部分作为传热流体（HTF），然后将剩余的用于生产太阳能燃料，后者将单独制造和出售。
“由于HTF由CO₂和水蒸气组成，因此CO₂的提取非常简单。可以将水冷凝出来，留下浓缩的CO₂。来自工厂的纯净CO₂流将被提供给其他地方的Synhelion太阳能合成工厂。”他说。
计划在2022年底完成1MW示范，示范将建150MW商业项目
Ambrosetti说：“CEMEX实际上提供了制造太阳燃料所需的原材料。”Synhelion还与一家大型石油公司和瑞士的国际机场合作生产太阳能航空燃料。“对我们而言，水泥厂提供了非常好的高浓度CO₂，我们的系统为水泥厂产生热量，并吸收CO₂，然后我们可以将其用于生产合成燃料。”
双方现在计划在2022年底进行项目示范。“我们的最初目标是1MW的吸热器和2000平方英尺的镜场，以证明其可行性，”Ambrosetti说，“当然，1MW瓦相对来说是个小项目。水泥厂一般都很大，如果要满足整个水泥厂的需求，则吸热器的功率在150MW上下。”
项目运行方式
“气态传热流体（CO₂和水蒸气）将在太阳能吸热器中被加热到1,500°C以上。吸热器使用Synhelion吸收气体原理，该原理利用温室气体在闭环中工作。热的HTF被送入水泥热解阶段；在回转窑和预分解炉，它将以逆流方式加热物料。”Ambrosetti解释说。
“在将热量传递给水泥热解过程之后，HTF冷却至约800-1,000°C，再送回吸热器以再次加热。煅烧产生的所有二氧化碳排放均保留在太阳能驱动的水泥厂内，并与HTF混合。因此，可以从HTF中连续提取煅烧产生的多余CO₂。”
水泥生产是连续进行的，启停操作不切实际。像在CSP发电站中一样，储热系统将太阳能连续地传递到水泥生产过程中，并且通过电力或氢气等备用设施来保证长期不间断热量供应。
水泥生产碳排放市场潜力巨大
许多水泥生产地区也拥有这种光热技术所需的良好太阳能资源。CEMEX本身在20多个国家/地区设有水泥厂；墨西哥，美国，中南美洲和加勒比海，欧洲，中东，非洲和亚洲，其中许多国家也存在气候限制。
Zampini指出：“我们做这些不仅是为自己，而且也为整个行业。不仅在欧洲和加利福尼亚，在世界上许多其他国家，碳排放问题变得越来越被重视，立法正集中在如何最大程度地减少排放上。因此，这是我们需要解决的问题。我们不认为这项技术仅限于CEMEX，但我们相信整个行业都可以利用我们在这里开发的技术。”
