Серія: Видобуток і матеріали • 9 частина
Скло і камінь — сонячне скло, цегла та зв’язуючі матеріали без диму
Пісок ми плавимо сонячним світлом і доставляємо його в міста. Без вуглецевих полум’їв, без запилених димарів — лише тихе електричне тепло і «рецепти», що перетворюють гірські породи на вікна, цеглу та зв’язуючі матеріали, дружні до нашого повітря.
Сьогоднішнє завдання
Плавити сонячне скло повністю в електричних печах, у великому масштабі.
Обпалювати цеглу та кераміку в електричних печах (або пропускати обпалювання, коли це можливо).
Зв’язати камінь цементами з низьким викидом CO₂ та карбонатним затвердінням.
Чому скло і камінь (ми будуємо з геології)
Метали дають нам нерви і кістки; скло і камінь — шкіру і дах. Ці потоки величезні — і це чудово, бо наша енергія величезна (3 частина). Електрифікуємо гарячі частини, переробляємо тверді частини і з першого дня проектуємо заводи як хороших сусідів.
- Повністю електричне опалення (Джоулеве/індукційне/опірне) замінює викопні полум'я.
- Закриті водяні контури — повітря залишається прозорим, охолодження тихе.
- Місцевий пісок і глина — транспортуються плити і цегла, а не сирий ґрунт (8 частина).
Сонячне скло — прозоре, міцне і народжене з електронів
Процес з першого погляду
- Суміш: кремнієвий пісок + содова зола + вапняк + доломіт + скляна крихта (перероблене скло)
- Повністю електричний плавильник: молібденові електроди, теплота Джоуля, за конструкцією мало NOx
- Флоат/відпалювання: стрічка на олов'яній ванні, напруга знята
- Загартування та AR покриття: 3,2 мм скло з низьким вмістом заліза PV (або 2×2,0 мм для двосторонніх)
Чому все на електриці?
- Чисте повітря: жодного потоку димових газів від спалювання; фільтри затримують найдрібніші частинки.
- Управління: точні температурні зони → менше дефектів, більша вихідність.
- Енергетичний цикл: вдень PV живить плавильню; акумулятори покривають ночі.
Текстури та покриття для сонячної ефективності
Для сонячного скла наносять антирефлексні (AR) наношари та м'які текстури, які відхиляють світло в елементи, а не в небо. Це прозоре наполегливе рішення — панель модуля і лінза в одному.
Цегла та кераміка — печі без диму
Два варіанти, які нам подобаються
- Електричні тунельні печі: пресована цегла, безперервний потік, відновлення тепла для сушарок
- В'яжучі низьких температур: пресовані блоки, твердіння парою або CO₂ (відмовляємося від високотемпературного випалу)
Чому це важливо
- Спалювання — останній великий запилений бастіон; електрифікувавши його, ми очищуємо покришку.
- Матеріали залишаються місцевими — перевозимо піддони з готовою продукцією, а не тонни вологи.
- Обірки цегли повертаються в масу як наповнювач; нічого не пропадає даремно.
3D-друковані форми?
Відомо: глиняні та цементні пасти друкують у арки, ребра та канали, які традиційні форми «не люблять». Твердіємо тепловими насосами та електричними печами; місто стає набором елегантних деталей.
В'яжучі без диму — цементи, які працюють як треба
Що ми виробляємо
- LC³: цемент із кальцину та кальцинової глини — нижча температура, менше CO₂, відмінні властивості
- Суміші CSA та білита: швидкотвердіючі розчини з меншим вмістом клінкеру
- Геополімерні лінії: суміші шлаку/глини, активовані лугом, для збірних виробів і плитки
Як ми керуємо вуглецем
- Менше клінкеру: більше продуктивності з глини + вапняку, менше утворення CO₂.
- CO₂ у виріб: заздалегідь сформовані блоки твердимо у контрольованому CO₂, його фіксуємо.
- Електрони для тепла: печі та сушарки працюють у тій самій PV мікромережі, що й решта території.
Звідки ми беремо CO₂ для твердіння?
Від сусідів: електролізери (4 частина) концентрують гази; цехи карбонатного твердіння «п’ють» цей CO₂ і дають йому роботу. Озеро (1 частина) обробляє воду, мікромережа — електрони, а хімія піклується про решту.
Короткий підсумок на одну тонну (орієнтовно, лише електрика)
| Продукт | кВт·год на одну тонну | Примітки |
|---|---|---|
| Сонячне float скло (мало заліза) | ~1 200–1 800 | Паяльник + відпал + загартування + покриття |
| Контейнерне/плоске скло (велика частина шлаку) | ~800–1 300 | Багато шлаку зменшує енергоспоживання |
| Обпаленi цегли/черепиця | ~800–1 600 | Сушіння + електрична піч |
| Пресовані блоки для твердіння CO₂ | ~150–350 | Без високотемпературного випалу |
| В’яжучий LC³ | ~350–650 | Електричний кальцинатор + помел |
| Звичайний OPC (електрична піч) | ~700–1 100 | Вища температура і більше помелу |
Межі відображають заводський проєкт, % уламків, вологість і відновлення тепла. Для планування використовуйте вищу межу; досягнувши нижчої — радійте.
Товщина скла → маса (швидка пам’ятка)
| Лист | кг на м² | Призначення |
|---|---|---|
| 2,0 мм | ~5,0 | Заднє скло (двостороннє) |
| 3,2 мм | ~8,0 | Переднє сонячне скло (моно) |
| 4,0 мм | ~10,0 | Архітектурний |
З частини 3: ~5 000 м² скла/MWp ≈ ~50 т/MWp модулів (одинарне скло).
Заздалегідь розраховані сценарії заводів
Комплекс сонячного скла
Розміри ліній типовi; для масштабу групуємо лінії.
| Масштаб | Пропускна здатність | Середнє електричне навантаження | PV мін. | 12 год накопичення |
|---|---|---|---|---|
| 1 лінія | ~700 т/д. (~0,25 Мт/рік) | ~35–50 MW | ~180–260 MWp | ~210–300 МВт·год |
| 4 лінії | ~2,8 кт/д. (~1,0 Мт/рік) | ~140–200 MW | ~720–1 030 MWp | ~0,8–1,2 ГВт·год |
PV „min.“ розраховується як Vid.(MW)×5,14 (5,5 PSH, 85 % DC→AC). Свідомо збільшуємо, щоб живити сусідів (цехи покриття, загартування).
Плити та блоки — комплекс
| Масштаб | Пропускна здатність | Середнє електричне навантаження | PV мін. | 12 год накопичення |
|---|---|---|---|---|
| Обпалену цеглу | ~0,5 Мт/рік | ~25–40 MW | ~130–205 MWp | ~150–240 MWh |
| Блоки, тверднучі CO₂ | ~0,5 Мт/рік | ~5–10 MW | ~26–51 MWp | ~60–120 MWh |
Блоки відмовляються від високотемпературного випалу → величезна економія енергії, ідеально підходить для збірних виробів.
Завод зв’язуючих речовин (LC³)
| Масштаб | Пропускна здатність | Середнє електричне навантаження | PV мін. | 12 год накопичення | Примітки |
|---|---|---|---|---|---|
| LC³ | 1,0 Мт/рік | ~40–75 MW | ~205–385 MWp | ~480–900 MWh | Електричний кальцинатор + лінії помелу |
| OPC (електрична піч) | 1,0 Мт/рік | ~80–120 МВт | ~410–620 МВтp | ~960–1 440 МВт·год | Вища температура; використовувати лише за необхідності |
Віддаємо перевагу LC³/CSA/геополімерам через баланс вуглецю та регіональну доступність глини.
Список матеріалів (за виробом)
1 т сонячного float скла (типова партія)
| Сировина | Кількість | Примітки |
|---|---|---|
| Кремнієвий пісок | ~720 кг | Види з низьким вмістом заліза |
| Зола соди (Na₂CO₃) | ~210 кг | Знижує температуру плавлення |
| Вапняк і доломіт | ~150–190 кг | Для стабільності та міцності |
| Скляна крихта (перероблена) | ~200–350 кг | Зменшує енергоспоживання |
Точні «рецептури» відрізняються залежно від заводу та продукту; шлами замінюють первинні входи один до одного.
1 т LC³ в'яжучого (ілюстративний склад)
| Сировина | Кількість | Примітки |
|---|---|---|
| Клінкер (зменшена кількість) | ~40–55 % | Бажані нижчі температурні фази |
| Кальцинована глина | ~30–45 % | 700–900 °C |
| Вапняк (дрібний) | ~10–15 % | Синергетичний з глиною |
| Гіпс і добавки | ~3–5 % | Контроль твердіння |
Використовуйте місцеві глини та вапняк. Електрифіковані кальцинатори перетворюють географічне розташування на перевагу.
Зайнята площа та сусідство
Площі (орієнтовні)
- Сонячне скло, 1 Mt/рік (4 лінії): ~60–100 га (будівлі та майданчики)
- Цегла/блоки, 0,5 Mt/рік: ~15–30 га (з майданчиками для зберігання)
- В’яжучі, 1 Mt/рік: ~30–60 га (кар’єр + завод)
- PV поля (мін.): див. сценарії; обробляються як сонячні луки
Повітря і вода
- Всі печі накриті; рукавні фільтри та скрубри утримують KD (PM) низько.
- Охолоджувальні контури закриті; озеро амортизує сезони (1 частина).
- Шум приглушений; світло спрямоване вниз; яструби зберігають своє небо.
Натисніть, щоб відкрити питання та відповіді
«Чи не є плавлення скла дуже енергоємним?»
Так — тому ми робимо це електрикою. Наша сонячна «насіннєва» фабрика (3 частина) «друкує» мегавати; скло перетворює їх на сонячні колектори, які «друкують» ще більше. Осколки та відновлення тепла ще більше знижують апетит.
«Чи виробляють електричні печі такі ж міцні цеглини?»
Так. Міцність визначається хімією та температурним профілем, а не тим, чи торкалися їх полум’я. Електричне керування точніше, тому якість стає нудно повторюваною.
«А як щодо CO₂ цементного процесу?»
Ми зменшуємо клінкер (LC³), працюємо при нижчих температурах з електрикою і використовуємо карбонатне твердіння, щоб зв’язати CO₂ у блоках. В’яжуче перестає бути «повітряною подією» і стає просто рецептом.
«Чи можуть ці заводи бути поруч із містами?»
Ось такий план. Електричні плавильні печі, закриті лінії, закриті конвеєри та прозорий моніторинг перетворюють «важку промисловість» на ввічливого сусіда з чудовим парком (озером).
Далі: Заводи, які будують заводи — модульні лінії та швидке клонування (10 частина). Набір, що дозволяє розмножувати чисту промисловість як паростки після дощу.