Le plasma de Stanford produit le clinker près de 100 fois plus vite en labo

À l’université Stanford, l’électricité remplace la flamme alimentée par des combustibles fossiles qui chauffe normalement un four à ciment. Qi Zheng, avec les professeurs Yi Cui et Paolo Monteiro, ainsi que leurs collègues, a utilisé le chauffage par plasma pour fusionner des matières premières en clinker en quelques secondes — près de 100 fois plus vite que la production traditionnelle.

Le mécanisme est direct. L’électricité traverse un gaz ionisé, créant des températures supérieures à 4 352 °F (2 400 °C). Cette chaleur agit sur le calcaire, l’argile et d’autres ingrédients sans chauffer au préalable l’air à l’intérieur d’un grand four, ce qui supprime plusieurs étapes intermédiaires et réduit les pertes de chaleur. La production traditionnelle de ciment chauffe ses matières jusqu’à 2 552 °F (1 400 °C).

L’écart d’efficacité est important. La production traditionnelle affiche une efficacité thermique de 30 %–40 %, tandis que près de 80 % de la chaleur générée par le procédé au plasma a été dirigée vers la fabrication du ciment. Le matériau obtenu présentait une durabilité et une ouvrabilité comparables à celles du ciment traditionnel. Au microscope électronique, les chercheurs ont également observé des défauts à l’échelle nanométrique qui se dissolvaient rapidement dans l’eau, accélérant la prise et améliorant la résistance par rapport au ciment classique.

Le procédé peut utiliser comme matière première des déchets de ciment collectés dans des centres de recyclage, offrant une voie vers la circularité. Si l’électricité provient d’énergies renouvelables, les chercheurs estiment que l’ensemble du procédé de chauffage par plasma pourrait être exempt d’émissions. C’est important pour une industrie qui produit plus d’un milliard de tonnes métriques de dioxyde de carbone chaque année, soit près de 8 % des émissions mondiales totales.

Concrètement, le bénéfice potentiel est de réduire les émissions des fours tout en valorisant du ciment mis au rebut, mais il ne s’agit pas encore d’un produit industriel. L’équipe de Zheng prévoit de travailler avec des acteurs de l’industrie du ciment sur des essais de production de masse et doit encore établir si le chauffage par plasma peut gérer des flux de déchets très variables ou si la matière doit d’abord être triée. Les chercheurs présenteront leurs résultats lors de la réunion d’automne de la Société américaine de chimie.