Seeria: Kaevandamine ja materjalid • 9. osa
Klaas ja kivi — päikeseklaas, tellised ja sideained ilma suitsuta
Liiv sulatame päikesevalgusega ja toimetame selle linnadesse. Ilma süsiniku leekideta, tolmuste korstnadeta — ainult vaikselt elektriline kuumus ja „retseptid“, mis muudavad kivimid akendeks, tellisteks ja sideaineteks, mis on meie õhule sõbralikud.
Tänane ülesanne
Sulatada päikeseklaasi täielikult elektriahjudes, suures mahus.
Põletada telliseid ja keraamikat elektriahjudes (või vahele jätta põletamine, kui võimalik).
Siduda kivi vähese CO₂ heitega tsementide ja karbonaatse kõvendamisega.
Miks klaas ja kivi (me ehitame geoloogiast)
Metallid annavad meile närvid ja luud; klaas ja kivi — naha ja katuse. Need vood on tohutud — ja see on suurepärane, sest meie energia on tohutu (osa 3). Elektrifitseerime kuumad osad, taaskasutame kõvad osad ja projekteerime tehased esimesest päevast headeks naabriteks.
- Täiselektriline kütmine (Joule'i/induktsioon/ takistus) asendab fossiilseid leeke.
- Suletud veeringlused — õhk jääb läbipaistvaks, jahutus on vaikne.
- Kohalik liiv ja savi — transporditakse plaadid ja tellised, mitte toores muld (osa 8).
Päikese klaas — läbipaistev, tugev ja sündinud elektronidest
Protsess esmapilgul
- Segamine: räni liiv + sooda tuhk + lubjakivi + dolomiit + klaasikillud (taaskasutatud klaas)
- Täiselektriline sulatus: molübdeeni elektroodid, Joule'i soojus, konstruktsioonilt vähe NOx
- Float/kõrge kuumutamine: lint tina vannil, pinged eemaldatud
- Karastamine ja AR kate: 3,2 mm vähese rauaga klaas PV (või 2×2,0 mm mõlemalt poolt)
Miks kõik on elektriline?
- Puhas õhk: põletamise suitsuvool puudub; filtrid püüavad kinni kõige peenemad osakesed.
- Juhtimine: täpsed temperatuuri tsoonid → vähem defekte, suurem saagikus.
- Energiasüsteem: päeval PV toidab sulatust; akumulaatorid katavad ööd.
Tekstuurid ja kattekiht päikese efektiivsuseks
Päikese klaasile kantakse peegeldusvastased (AR) nanokatted ja pehmed tekstuurid, mis painutavad valgust elementide suunas, mitte taevasse. See on läbipaistev kangekaelsus — mooduli paneel ja lääts ühes.
Tellised ja keraamika — ahjud ilma suitsuta
Kaks meile meeldivat varianti
- Elektrilised tunnelahjud: pressitud tellised, pidev voog, soojuse taaskasutus kuivatitele
- Madala temperatuuri siduvad ained: pressitud plokid, kivistatud auruga või CO₂-ga (loobume kõrge temperatuuri põletamisest)
Miks see on oluline
- Põletamine — viimane suur tolmune kindlus; elektrifitseerides selle, puhastame rehvi.
- Materjalid jäävad kohalikuks — transpordime vormitud toodete palette, mitte niiskuse tonne.
- Tellise tükid lähevad massi täitematerjalina tagasi; miski ei lähe raisku.
3D-prinditud vormid?
Loomulikult: savi ja tsementpasta prinditakse kaarte, servade ja kanalite kujul, mille traditsioonilised vormid „ei armasta“. Kivistame soojuspumpade ja elektriahjude abil; linn muutub elegantsete detailide kogumiks.
Siduvad ained ilma suitsuta — tsement, mis käitub õigesti
Mida me toodame
- LC³: lubjakivi ja kaltsineeritud savi tsement — madalam temperatuur, vähem CO₂, suurepärased omadused
- CSA ja beliidisegud: kiiresti kõvastuvad lahendused väiksema klinkrikogusega
- Geopolümeerliinid: leelisega aktiveeritud tuhka/savi segud kokkupandavatele toodetele ja plaatidele
Kuidas me süsinikku kontrollime
- Vähem klinkrit: rohkem tulemuslikkust savist + lubjakivist, vähem CO₂ tekkimist.
- CO₂ tootesse: eelnevalt vormitud plokke kõvastame kontrollitud CO₂-s, lukustame selle.
- Elektronid soojusele: ahjud ja kuivatid töötavad samas PV mikrovõrgus nagu ülejäänud territoorium.
Kust me saame CO₂ kõvastamiseks?
Naabritelt: elektrolysaatorid (osa 4) kontsentreerivad gaase; karbonatkõvastamise tehased „neelavad" seda CO₂ ja annavad sellele tööd. Järv (osa 1) töötleb vett, mikrovõrk — elektrone, ja keemia hoolitseb ülejäänu eest.
Lühike kokkuvõte tonni kohta (ligikaudne, ainult elekter)
| Toode | kWh tonni kohta | Märkused |
|---|---|---|
| Päikese float klaas (vähe rauda) | ~1 200–1 800 | Sulatus + kuumutamine + karastamine + kate |
| Konteinerklaas/lameklaas (suur killustikogus) | ~800–1 300 | Palju killust vähendab energiakulu |
| Põletatud tellised/katusekivid | ~800–1 600 | Kuivatamine + elektriahju |
| Surutud CO₂ kõvastuvad plokid | ~150–350 | Ilma kõrge temperatuuriga põletamiseta |
| LC³ sideaine | ~350–650 | Elektriline kaltsinaator + jahvatamine |
| Tavaline OPC (elektriahju) | ~700–1 100 | Kõrgem temperatuur ja rohkem jahvatamist |
Piirid kajastavad tehase projekti, killustiku %, niiskust ja soojuse taaskasutust. Planeerimiseks kasutage kõrgemat piiri; madalama saavutamisel rõõmustage.
Klaasi paksus → mass (kiire meeldetuletus)
| Leht | kg ühe m² kohta | Eesmärk |
|---|---|---|
| 2,0 mm | ~5,0 | Tagumine klaas (kahepoolsed) |
| 3,2 mm | ~8,0 | Eesmine päikese klaas (mono) |
| 4,0 mm | ~10,0 | Arhitektuurne |
3. osast: ~5 000 m² klaasi/MWp ≈ ~50 t/MWp mooduleid (ühekihiline klaas).
Tehase stsenaariumid eelnevalt arvutatud
Päikese klaasi kompleks
Liinide suurused on tüüpilised; mastaabi jaoks grupeerime liine.
| Mastaap | Läbilaskevõime | Keskmine elektrikoormus | PV min. | 12 h kauplemine |
|---|---|---|---|---|
| 1 liin | ~700 t/päev (~0,25 Mt/aastas) | ~35–50 MW | ~180–260 MWp | ~210–300 MWh |
| 4 liini | ~2,8 kt/päev (~1,0 Mt/aastas) | ~140–200 MW | ~720–1 030 MWp | ~0,8–1,2 GWh |
PV „min.“ arvutatakse Vid.(MW)×5,14 (5,5 PSH, 85 % DC→AC). Teadlikult suurendame, et varustada naabreid (katte-, karastustsehhi).
Plaadid ja plokid — kompleks
| Mastaap | Läbilaskevõime | Keskmine elektrikoormus | PV min. | 12 h kauplemine |
|---|---|---|---|---|
| Põletatud tellised | ~0,5 Mt/aastas | ~25–40 MW | ~130–205 MWp | ~150–240 MWh |
| CO₂ kõvastatud plokid | ~0,5 Mt/aastas | ~5–10 MW | ~26–51 MWp | ~60–120 MWh |
Blokid loobuvad kõrgsageduslikust põlemisest → tohutud energiasäästud, ideaalselt sobivad kokkupandavatele toodetele.
Sideainete (LC³) tehas
| Mastaap | Läbilaskevõime | Keskmine elektrikoormus | PV min. | 12 h kauplemine | Märkused |
|---|---|---|---|---|---|
| LC³ | 1,0 Mt/aastas | ~40–75 MW | ~205–385 MWp | ~480–900 MWh | Elektriline kaltsinaator + jahvatusliinid |
| OPC (elektriahju) | 1,0 Mt/aastas | ~80–120 MW | ~410–620 MWp | ~960–1 440 MWh | Kõrgem temperatuur; kasutada ainult vajadusel |
Eelistame LC³/CSA/geopolümeere süsiniku tasakaalu ja piirkondliku savi rikkuse tõttu.
Materjalide nimekiri (toote kaupa)
1 t päikesepaneeli float-klaasi (tüüpiline partii)
| Tooraine | Kogus | Märkused |
|---|---|---|
| Ränihie | ~720 kg | Vähe rauda sisaldavad liigid |
| Sooda tuhk (Na₂CO₃) | ~210 kg | Alandab sulamistemperatuuri |
| Lubjakivi ja dolomiit | ~150–190 kg | Stabiilsuse ja vastupidavuse tagamiseks |
| Taaskasutatud klaasitükid | ~200–350 kg | Vähendab energiakulu |
Täpsed "retseptid" erinevad sõltuvalt tehasest ja tootest; šlakid asendavad ühe-ühele esmaseid sisendeid.
1 t LC³ sideainet (illustreeriv koostis)
| Tooraine | Kogus | Märkused |
|---|---|---|
| Klinker (vähendatud kogus) | ~40–55 % | Soovitatavad madalama temperatuuri faasid |
| Kaltsineeritud savi | ~30–45 % | 700–900 °C |
| Lubjakivi (peen) | ~10–15 % | Süngeetiline saviga |
| Kips ja lisandid | ~3–5 % | Kivistumise kontroll |
Kasutage kohalikke savi ja lubjakivi. Elektrifitseeritud kaltsinaatorid muudavad geograafilise asukoha eeliseks.
Võetud pindala ja naabruskond
Pinnad (ligikaudsed)
- Päikese klaas, 1 Mt/aastas (4 liini): ~60–100 ha (hooned ja platsid)
- Tellised/plokid, 0,5 Mt/aastas: ~15–30 ha (laoplatsidega)
- Sideained, 1 Mt/aastas: ~30–60 ha (karjäär + tehas)
- PV väljad (min): vt stsenaariumit; käsitletud nagu päikeseheinamaad
Õhk ja vesi
- Kõik ahjud kaetud; varrukafiltrid ja pesurid hoiavad PM madalal.
- Jahutussüsteemid suletud; järv amortiseerib hooajad (1. osa).
- Müra summutatud; valgus suunatud alla; kotkad hoiavad oma taevast.
Puudutage, et avada küsimused ja vastused
„Kas klaasi sulatamine ei ole väga energiamahukas?“
Jah — seetõttu teeme seda elektriga. Meie päikese „seemnete“ tehas (3. osa) „trükib“ megavatte; klaas muudab need päikeseenergia kollektoriteks, mis „trükivad“ veelgi rohkem. Klaasikillud ja soojuse taaskasutus vähendavad veelgi energiavajadust.
„Kas elektriahjud toodavad sama tugevaid telliseid?“
Jah. Tugevust määrab keemia ja temperatuuri profiil, mitte see, kas neid puudutas leek. Elektriline juhtimine on täpsem, seega muutub kvaliteet igavalt korduvaks.
„Aga kuidas on tsementimise protsessi CO₂-ga?“
Vähendame klinkrit (LC³), töötame madalamatel temperatuuridel elektriga ja kasutame karbonaatset kõvendamist, et siduda CO₂ plokkidesse. Sideaine ei ole enam „õhusaaste“ vaid lihtsalt retsept.
„Kas need tehased võivad asuda linnade lähedal?“
Selline ongi plaan. Elektrilised sulatusahjud, kaetud liinid, suletud konveierid ja läbipaistev jälgimine muudavad „rasketehnika“ viisakaks naabriks suurepärase pargi (järve) kõrval.
Edasi: Tehased, mis ehitavad tehaseid — modulaarliinid ja kiire kloonimine (10. osa). Komplekt, mis võimaldab paljundada puhast tööstust nagu vihma järel idandeid.