Determinazione dei tassi di assorbimento di CO2 nei processi di riciclo del cemento e calcestruzzo mediante misure automatiche di TIC
Le emissioni di CO2 dovute a processi produttivi sono sicuramente un argomento di grande attualità, considerando il livello di attenzione sempre crescente rispetto ai cambiamenti climatici.
Tra i processi con la maggiore emissione di CO2 a livello mondiale troviamo la produzione dell’acciaio, di energia elettrica da combustibile fossile e l’industria del cemento e del calcestruzzo. Infatti, oltre il 60% delle emissioni di CO2 provengono da emissioni di processo e vengono rilasciate principalmente dalla calcinazione e dalla successiva sinterizzazione del calcare.
Per ridurre questi valori di emissioni di anidride carbonica, un numero sempre crescente di paesi, sul lungo periodo, si sta adoperando per ottenere una “società decarbonizzata” dove possa essere garantito un equilibrio tra le emissioni provenienti da fonti antropiche e la rimozione dei gas serra mediante pozzi.
Oltre a sostituire i combustibili fossili con alternative più sostenibili, come combustibili sostitutivi o rinnovabili, un’altra opzione eco-compatibile per l’industria del cemento è l’utilizzo di CCUS (Carbon Capture Storage and Utilization): in questo approccio la CO2 viene intrappolata dopo la combustione utilizzando soluzioni di lavaggio, ad esempio ammine.
Leggi il nostro articolo: CCUS: l’anidride carbonica come opportunità!
In tutto il mondo vengono condotte ricerche approfondite sull’utilizzo della CO2 così catturata. Tra gli altri esiste un metodo per la carbonatazione mirata del calcestruzzo usato. Lo scopo è quello di aumentare la forza intrinseca dei calcestruzzi riciclati riducendo la loro porosità grazie al legame della CO2 con il materiale, formando composti come il carbonato di calcio.
Per ottimizzare il processo di carbonatazione e identificare il tasso di assorbimento di CO2 è necessario un metodo analitico veloce, automatizzato e specifico per i carbonati. Un’ottima soluzione analitica per quest’analisi è il metodo di determinazione del TIC (carbonio inorganico totale) secondo DIN EN 15936: in questo metodo la determinazione del TIC viene descritta come una misura parziale del “metodo A” per la determinazione indiretta del contenuto di TOC (carbonio organico totale). A questo scopo, il campione macinato (dimensione dei grani < 250 µm) viene pesato in una navicella e trattato con un acido non ossidante (ad es. acido fosforico o acido cloridrico). L’anidride carbonica prodotta viene quindi trasferita al rilevatore (ad esempio un rilevatore NDIR) e quantificata.
Determinazione del TIC tramite EA4000C
La determinazione del TIC può essere effettuata in modo semplice ed affidabile con l’analizzatore elementare multi EA 4000 C con modulo TIC “automatico” per solidi, corredato di campionatore da 48 posizioni. Questo strumento si adatta perfettamente alla tipologia di campione e garantisce affidabilità, velocità e performance analitiche in un sistema completamente automatico.
Un’aliquota del campione viene pesata in una navicella di ceramica ed automaticamente acidificata nel reattore TIC con il 40% di H3PO4; la CO2 prodotta viene canalizzata direttamente nel rilevatore NDIR, dove il contenuto di carbonio nel gas viene quantificato mediante spettrometria NDIR (infrarosso non dispersivo).
Per quest’applicazione abbiamo utilizzato 7 campioni tra cementi e pasta di cemento indurito sia carbonato che non carbonato.
Come materiale per la calibrazione è stato utilizzato CaCO3 (12% C) creando i punti di calibrazione variando la pesata; è anche possibile “diluire” il sale con Al2O3 per creare un intervallo di calibrazione con concentrazioni inferiori. In tabella 2 sono riportate le calibrazioni a due diversi range di calibrazione.
Come mix di controllo “A” è stata utilizzata una miscela che rispetta quanto riportato nella DIN EN 15936 che prevede: 44.13 g Na2CO3 + 18.83 g Na4-EDTA x 4 H2O + 37.04 g Al2O3.
I campioni sono stati pesati direttamente nelle navicelle senza alcun pretrattamento. Per quanto riguarda il metodo è stato utilizzato un metodo pre-caricato sul software per l’analisi del TIC automatico, i parametri di processo utilizzati sono riportati in tabella 1.
I campioni sono stati misurati con 3 repliche, mentre standard e materiali di controllo con 2. La miscela di controllo A aveva una concentrazione di TIC del 5% (p/p).
Il calcolo del risultato finale viene eseguito automaticamente dal software. In tabella 3 sono riportati i risultati ottenuti.
Il multi EA 4000 C è perfettamente conforme ai requisiti richiesti per l’analisi di campioni per la determinazione del TIC. L’acidificazione automatica viene eseguita in modo performante e veloce. I risultati sono riproducibili anche osservando le deviazioni standard molto basse. I tempi di misura sono massimo di 5 minuti e il campionatore automatico per solidi a 48 posizioni permette di avere un’elevata produttività.
