Недавно команда профессора Ван Тао из Государственной ключевой лаборатории чистого использования энергии и химического факультета Китайского университета Чжэцзян опубликовала исследование в журнале «Chemical Engineering Journal», предложив технологию предварительной обработки методом гидротермальной активации для повышения эффективности связывания CO₂ магниевым шлаком. Эта технология увеличивает скорость реакции карбонизации магниевого шлака на 1–2 порядка. В оптимальных условиях поглощение CO₂ на 38,3% выше по сравнению с прямой карбонизацией, что позволяет связывать 146,7 кг CO₂ на тонну магниевого шлака, а чистый углеродный след за весь жизненный цикл достигает -134,15 кг CO₂-эквивалента на тонну шлака.
Магниевый шлак — это щелочной промышленный твердый отход, образующийся при выплавке металлического магния. На каждую тонну произведенного металлического магния приходится 4,8–5,5 тонн магниевого шлака. В 2024 году в Китае было произведено от 4,9 до 5,7 миллиона тонн магниевого шлака, общий накопленный объем превышает 60 миллионов тонн, а уровень комплексного использования составляет менее 20%. Магниевый шлак богат кальциево-кремниевыми минералами, однако традиционная технология карбонизации сталкивается с ключевыми проблемами: образование плотного слоя продуктов, препятствующего массопереносу, и усиление конкуренции влаги между гидратацией и карбонизацией при повышении температуры.
Исследовательская группа использовала восстановительный шлак пиджанского метода выплавки магния в качестве сырья и выяснила, что при прямой карбонизации, когда температура превышает 40 °C, процесс гидратации становится доминирующим и потребляет водную среду, что приводит к ухудшению эффективности карбонизации. Технология предварительной обработки методом гидротермальной активации успешно разрешает температурное противоречие между гидратацией и карбонизацией за счет двойного механизма: создания высокоактивных гидратированных продуктов, обеспечивающих активные центры, и оптимизации пористой структуры для облегчения массопереноса. Экспериментально установлено, что оптимальными условиями являются активация при 60 °C в течение 12 часов.
Исследование также выявило пороговый эффект гидротермальной активации: умеренная активация приводит к глубокой карбонизации, в то время как чрезмерная активация вызывает накопление гидратированных продуктов, блокирующих активные центры и препятствующих каналам массопереноса. Оценка жизненного цикла показывает, что применение технологии совместно с промышленным отработанным теплом или «зеленой» электроэнергией может дополнительно снизить выбросы углерода.
