La réduction des émissions de dioxyde de carbone (CO2) en remplaçant le ciment Portland par du laitier activé par carbonatation

 

Chercheur responsable

Yixin Shao, Université McGill

 

Domaine : Matériaux

Programme projet de recherche orientée en partenariat sur la réduction des émissions de gaz à effet de serre - 1er concours

Concours 2017-2018

Durée du projet : 3 ans

Budget total accordé au projet (incluant les FIR) : 381 000 $

Partenaires financiers

  • Fonds vert
  • Fonds de recherche du Québec - Société et culture
  • Fonds de recherche du Québec - Nature et technologies

Partenaire du projet

  • Les minéraux Harsco

Équipe de recherche

  • Yixin Shao, Université McGill
  • Olivier Bahn, HEC Montréal
  • Alfonso Mucci, Université McGill

Objectifs

Le laitier est un important sous-produit du processus de fabrication de l'acier. Il existe deux types de laitier: le laitier de haut fourneau issu du processus de fabrication du fer (laitier de fer) et le laitier issu du procédé de raffinage de l'acier (laitier d'acier). Alors que les scories de fer sont couramment utilisées comme matériau cimentaire dans les mélanges de ciment, les scories d'acier ne sont utilisées que comme agrégats grossiers dans la construction de routes. Les particules fines de scories d'acier sont enfouies. Contrairement aux scories de fer, les scories d'acier ne sont pas utilisées à pleine capacité car elles sont ni hydrauliques ni pouzzolaniques et ont une teneur élevée en chaux libre. D'autre part, la production de ciment Portland est un processus énergivore et émetteur de CO2. La production d'une tonne de ciment génère une tonne de CO2 et consomme une tonne et demie de matières premières. Puisque la composition chimique des scories est similaire à celle du ciment Portland, il serait économiquement et écologiquement souhaitable que les scories d'acier puissent être activées pour servir de ciment et remplacer partiellement ou complètement le ciment Portland pour les applications bétonnières.

Résultats attendus et retombées escomptées

Des recherches à l'Université McGill ont démontré que le CO2 peut être utilisé pour activer le laitier d'acier et remplacer le ciment Portland comme liant pour le béton. Basé sur le succès des études précédentes, ce projet de recherche explorera la possibilité de fabriquer des produits de construction à base de laitier d'acier. Au Québec, 3,15 millions de tonnes (Mt) d'acier liquide et  0,315 Mt de scories d'acier sont produites chaque année. Si ces scories pouvaient remplacer le ciment Portland, les émissions de CO2 provenant de la production de ciment seraient réduites de 0,315 Mt par année. Puisque le CO2 est absorbé lors de la carbonatation, ce dernier peut être capturé et stocké dans le liant de laitier à un taux massique de 15%, ajoutant 0,047 Mt supplémentaire à la réduction des émissions de CO2. Le béton lié au laitier activé engendrerait une réduction significative de l'énergie et des émissions associées au procédé de fabrication du ciment Portland et pourrait conduire à des produits possédant une signature négative en carbone. La recherche proposée concentrera sur deux produits: les blocs de maçonnerie de scories et les panneaux de particules liés au laitier. Des copeaux de bois, un sous-produit de l'industrie du bois de sciage, serviront de charge de renforcement pour réduire le poids des blocs et panneaux. Les paramètres du procédé à étudier comprennent la grosseur des scories, leur teneur en silicate de calcium, la température de réaction et la concentration en CO2. La carbonatation à l'aide de gaz de combustion sera développée pour faciliter la carbonatation au site de l'aciérie afin d'éviter les couts de récupération du CO2. L'empreinte environnementale du processus de carbonatation sera analysée et l'impact sur l'économie à faible émission de carbone sera étudié.

Appel de propositions

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