Building blocks and roofing tiles made from CO2
In Farciennes, near Charleroi, a company has developed a process enabling the production of building blocks or roofing tiles from CO2 recovered from factories. The start of industrial production is planned for the end of the year.
The quickest way to combat global warming is through the reduction of greenhouse gas emissions. Research has also focused on the underground storage of carbon dioxide.
A few industrialists are exploring a third way: use of CO2 as a raw material. Covestro (ex-Bayer MaterialScience), the plastics division of Bayer, is on the verge of producing – on a small scale – polyurethane foam containing CO2, used as a partial substitute for petroleum.
A Belgian company, Recoval, has also joined the race. Its niche is the capture of CO2 from steel works’ slag in order to manufacture building blocks, slabs, roofing tiles and other construction materials.
Since 2005, this Walloon company that employs 35 people has been working in the treatment and reclamation of steel works waste. Established at the very heart of the Aperam steel works in Châtelet, near to Charleroi, it pre-processes stainless steel slag produced by the plant.
To begin with, Recmix, a company established in Genk (Province of Limburg), only separated metal residues, which can be re-used, from the mineral elements of the slag. The slag was intended to be reclaimed as rubble for road construction. However, it was difficult to reclaim these “fines”, which started to accumulate. The idea of carbon dioxide emerged in 2002.
“The idea occurred quite simply,” explains Serge Celis, the head of the group. “We had an enormous heap of slag fines that was difficult to move because it had become very hard. One of our geologists explained that it was due to the CO2 captured by the material. So, we put pellets of slag fines in a drum and added pure CO2. After two days, the slag was hard”. Consequently, they launched research into carbonation.
The Carmat project, supported by Wallonia as part of the Marshall Plan and conducted in collaboration with several Belgian organisations and universities, was launched in 2010. Located on a vast industrial site in Farciennes, on the banks of the Sambre River, Recoval already possessed very considerable stocks of slag allowing it to carry out reclamation experiments by adding CO2.
Cooking
The basic idea is simple: the slag fines are re-used through slaking them and injecting CO2. This is used as a binding agent instead of cement. It welds the minerals together via carbonation carried out in an autoclave, an airtight enclosure used to cook the composite materials in order for them to be used as substitutes for concrete. “Carbonation is similar to cooking: a mixer is needed to slake and mix the slag; a press and a mould are required to provide the desired shape and a pressure cooker, the autoclave, is necessary to carry out carbonation” summarises Baptiste Cowez, the project’s chief engineer and carbonation unit manager.
There is a two-fold advantage in terms of emissions. Firstly, carbonation enables capture of CO2 in the mixture with the slag rather than letting it escape into the atmosphere. The net gain in CO2 emissions is 220 kilos per cubic metre. Also, 240 kilos per cubic metre are saved by avoiding the use of cement, produced in kilns heated to 1,450 degrees Celsius (as opposed to a maximum of 200 degrees Celsius for the autoclave).
“Industrial use to the tune of 250,000 blocks per year would enable a reduction of 46,000 tonnes in CO2 emissions in relation to an equivalent concrete block production unit,” explains Frédérique Bouillot, R&D Manager for Recoval. This figure is hardly stupendous in light of the 89.5 million tonnes of CO2 emitted by Belgium in 2014, but it is a further step in the right direction.
All that remains is to switch to industrial scale production. The problem is that CO2 can only be transported in liquid state, which is costly. Furthermore, the concentration of CO2 in the air is insufficient. Consequently, industrial CO2 is required. “In the Netherlands where, for an equivalent product, they prefer to choose the one with the lowest carbon footprint, we have found a plant that produces sand-lime building blocks, located next to a water treatment plant that emits CO2. It would be the ideal location for an industrial facility,” explains Serge Celis.
According to the Manager of Recoval, the Carmat project will soon bear fruit. “I still hope that we will be able to launch the industrialisation process this year,” he says. All the R&D activities to date, which have required 25 million euros of investment, have made it possible to develop a process enabling the production of building blocks with compression strength higher than that of similar concrete blocks.
To reap the benefits of its patented process, Recoval has two possibilities: selling its licence to industrialists and receiving royalties, or building turn-key factories in partnership with major industrial groups, as is the case for the planned establishment in the Netherlands.
Des blocs de maçonnerie et des tuiles à base de CO2
A Farciennes, près de Charleroi, une PME met au point un procédé permettant de produire des blocs ou des tuiles à base de CO2 récupéré dans des usines. La production industrielle pourrait démarrer à la fin de l’année.
La voie la plus directe pour lutter contre le réchauffement climatique passe par la réduction des émissions de gaz à effet de serre. Les recherches s’orientent aussi vers le stockage, sous terre, du dioxyde de carbone.
Quelques industriels explorent une troisième piste: l’utilisation du CO2 comme matière première. Covestro (ex-Bayer MaterialScience), le pôle plastiques de Bayer, s’apprête ainsi à produire – à petite échelle – une mousse de polyuréthane contenant du CO2, utilisé comme substitut partiel au pétrole.
Une PME belge, Recoval, s’est elle aussi lancée dans la course. Son créneau: la captation de CO2 dans des scories d’aciéries pour fabriquer des blocs, dalles, tuiles et autres matériaux de construction.
Depuis 2005, cette entreprise wallonne qui emploie 35 personnes œuvre dans le traitement et la valorisation des déchets sidérurgiques. Installée au cœur même de l’aciérie Aperam à Châtelet, près de Charleroi, elle y prétraite les scories de l’inox produit par l’usine.
Au départ, la société Recmix, implantée à Genk (Limbourg), ne séparait que les résidus de métal, réutilisables, de la fraction minérale des scories. Celle-ci est destinée à être valorisée en technique routière. Toutefois, les «fines» étaient difficilement valorisables et se sont amoncelées. L’étincelle du gaz carbonique est venue en 2002.
«L’idée est venue très simplement, raconte Serge Celis, patron du groupe. Nous avions un énorme tas de fines de scories difficile à déplacer parce qu’il était devenu extrêmement dur. Un de nos géologues a expliqué que c’était à cause du CO2 capté par le matériau. Nous avons alors placé des boulettes de scories fines dans un fût et ajouté du CO2 pur. Après deux jours, la scorie était dure». Les recherches sur la carbonatation ont alors démarré.
Le projet Carmat, soutenu par la Région wallonne dans le cadre du Plan Marshall et mené en collaboration avec plusieurs organismes et universités belges, a été lancé en 2010. Installée sur un vaste site industriel à Farciennes, le long de la Sambre, Recoval disposait déjà de stocks de scories très importants lui permettant d’expérimenter leur valorisation par adjonction de CO2.
Cuisine
L’idée de départ est simple: il s’agit de réutiliser les fines de scories en les hydratant et en injectant du CO2. Celui-ci sert de liant en lieu et place du ciment. Il soude les minéraux entre eux via une carbonatation réalisée dans un autoclave, une enceinte hermétique destinée à la cuisson des matériaux composites, pour en faire des substituts au béton. «La carbonatation s’apparente à la cuisine: il faut un mélangeur pour hydrater et mélanger les scories, une presse et un moule pour leur donner la forme voulue et une casserole à pression, l’autoclave, pour assurer la carbonatation», résume Baptiste Cowez, ingénieur de projet et responsable de l’unité de carbonatation.
L’avantage en termes d’émissions est double. D’une part, la carbonatation permet de capter du CO2 dans le mélange avec les scories plutôt que de le laisser s’échapper dans l’atmosphère. Gain net en termes d’émissions de CO2: 220 kilos par mètre cube. S’ajoutent à cela 240 kilos par m3 économisés en se passant de ciment, produit dans des fours chauffés à 1.450 degrés (contre 200 degrés maximum pour l’autoclave).
«Une application industrielle qui produit 250.000 tonnes de blocs par an permettrait de réduire de 46.000 tonnes les émissions de CO2 par rapport à une unité de production de blocs en béton équivalente», explique Frédérique Bouillot, responsable de la R&D chez Recoval. Ce chiffre n’a rien de mirobolant au regard des 89,5 millions de tonnes de CO2 émis par la Belgique en 2014. Mais c’est un jalon supplémentaire.
Reste à passer à la production industrielle. Problème: le CO2 n’est transportable qu’à l’état liquide, ce qui coûte cher. Et la concentration de CO2 dans l’air est insuffisante. Il faut donc du CO2 industriel. «Nous avons trouvé aux Pays-Bas, où, à produit équivalent, on favorise celui qui a l’empreinte carbone la plus faible, une usine productrice de blocs silico-calcaires, installée à côté d’une station d’épuration des eaux, émettrice de CO2. Ce serait la situation idéale pour une ligne industrielle», explique Serge Celis.
Selon le gérant de Recoval, le projet Carmat approche du but. «Je ne désespère pas de pouvoir lancer cette année encore le processus d’industrialisation», dit-il. L’ensemble des activités R&D, qui ont nécessité jusqu’ici 25 millions d’euros d’investissements, ont permis de mettre au point un procédé permettant de produire des blocs offrant une résistance à la compression supérieure à celle de blocs semblables en béton.
Pour valoriser son procédé breveté, Recoval a deux possibilités: vendre sa licence à des industriels et percevoir des royalties, ou construire des usines clés sur porte, en partenariat avec de gros industriels. C’est le second scénario qui se dessine aux Pays-Bas.
