PFI-TT: Decarbonizing concrete using carbon-negatively processed solid waste

PFI-TT:利用碳负处理固体废物使混凝土脱碳

基本信息

  • 批准号:
    2214028
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 25万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-07-15 至 2024-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The broader impact/commercial potential of this Partnerships for Innovation - Technology Translation (PFI-TT) project is the conversion of municipal solid waste incineration (MSWI) ashes – a type of negative-value, hard-to-recycle solid wastes – into high-value ($50/ton) blended supplementary cementitious material (SCM) through enhanced mineralization using flue gas-borne carbon dioxide (CO2). SCMs are a commodity in the concrete industry used for performance enhancement and/or decarbonization. Many states facing with a severe shortage pf SCMs. The MSWI ashes-derived SCMs not only absorbs CO2 during production (i.e., carbon-negative), but also reduces the CO2 included in concrete by replacing a large portion of cement (the binder phase of concrete). Using 1 ton of SCMs reduces, on average, 1.2 ton of CO2 emissions. This carbon-negative SCMs technology, which can be extended to a broad range of solid wastes using flue gas-borne CO2, may benefit both the concrete industry and other waste-generating and CO2-intensive sectors. The proposed project aims to simultaneously address three un-met market needs: (1) upcycling negative-value solid wastes, specifically, MSWI ashes,(2) addressing the shortage of SCMs in the concrete industry, and (3) facilitating large-scale CO2 utilizations in concrete production. The technology may result in the ability to co-decarbonize multiple carbon-intensive industrial sectors (e.g., waste-to-energy and concrete production), by upcycling the indigenous waste using flue gas-borne CO2 and producing carbon-negative SCMs that can be consumed by local concrete producers. To fill the knowledge gaps towards commercialization of this technology, the project seeks to understand and address the compositional variability of MSWI ashes in forming consistent products. The team also seeks to design and prototype an industrially viable process to convert MSWI ashes into carbon-negative SCMs amd optimize processing parameters for maximal cement replacement. Additionally, the research will test critical performance metrics of concrete proportions using the carbon-negative SCMs in order to establish their performance credibility and guide their practical applications. Faculty and students will conduct preliminary techno-economic and life-cycle analyses and develop a market transition plan in collaboration with industrial partners. To mitigate potential technical and technoeconomic risks, both a slurry-based carbonation method and a dry-carbonation method will be developed for the carbon-negative waste-to-commodity conversion.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
这一创新技术转化伙伴关系(PFI-TT)项目的更广泛的影响/商业潜力是,通过使用烟道气携带的二氧化碳(CO2)加强矿化,将城市固体废物焚烧(MSWI)灰烬--一种负价值、难以回收的固体废物--转化为高价值(50美元/吨)的混合辅助胶凝材料(SCM)。SCMS是混凝土工业中用于提高性能和/或脱碳的商品。许多州面临着供应链严重短缺的问题。垃圾焚烧灰渣衍生的SCM不仅在生产过程中吸收二氧化碳(即碳负值),而且通过取代很大一部分水泥(混凝土的粘结剂阶段)来减少混凝土中包含的二氧化碳。使用1吨SCM平均减少1.2吨二氧化碳排放。这种碳负SCMS技术可以推广到使用烟道气产生的二氧化碳的广泛固体废物,可能会使混凝土行业和其他产生废物和二氧化碳密集型部门受益。拟议的项目旨在同时满足三个未得到满足的市场需求:(1)回收负价值固体废物,特别是垃圾焚烧灰烬;(2)解决混凝土行业SCM短缺的问题;以及(3)促进混凝土生产中大规模利用二氧化碳。这项技术可以通过利用烟道气中的二氧化碳对本土废物进行循环利用,并生产可供当地混凝土生产商消费的无碳SCM,从而实现多个碳密集型工业部门(例如废物转化为能源和混凝土生产)的联合脱碳。为了填补这项技术商业化的知识空白,该项目寻求了解和解决垃圾焚烧灰烬在形成一致产品方面的成分变化。该团队还寻求设计和制作一种工业上可行的工艺,将垃圾焚烧灰烬转化为碳负SCM,并优化工艺参数,以最大限度地更换水泥。此外,研究还将使用碳负向SCM测试混凝土配合比的关键性能指标,以建立其性能可信度,并指导其实际应用。教师和学生将进行初步的技术经济和生命周期分析,并与行业合作伙伴合作制定市场转型计划。为了减少潜在的技术和技术经济风险,将开发基于泥浆的碳化方法和干法碳化方法,用于碳负废物转化为商品。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的智力优势和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

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