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水泥（混凝土中的粘合元素）的生產占全球二氧化碳 (CO₂) 排放總量的 7%。混凝土是地球上使用很廣泛的資源之一，全球每年生產總量約 260 億噸。由于全球需求增長，預計生產至少在未來二十年內不會放緩。  

混凝土由骨料（主要是巖石和沙子）以及水泥和水組成。由于混凝土約 80% 的碳足跡來自水泥成分，研究人員一直在努力尋找更合適的材料來減少此類碳排放。除了開發混合水泥和藻基水泥以減少CO₂排放外，研究人員和私營公司還致力于探索新方法，將捕獲的 CO₂作為水泥本身的成分，將其鎖定并防止其進入水泥廠。

什么是碳調節和CO₂固化？

目前，為了實現這一點，CO₂或者在混合期間通過稱為碳調節的過程注入，或者在混凝土澆注后通過稱為碳化固化或CO₂固化的過程添加到骨料中。這些過程將氣態CO₂轉化為碳酸鹽礦物，可以無限期地儲存而不會導致全球變暖。預制混凝土比現澆混凝土能夠儲存更多的CO₂。現場澆鑄可將其總質量的高達 3.8% 儲存在 CO₂中，而預制件可將其總質量的多達 9.6%儲存在 CO₂中。  

除了減少 CO₂排放量外，該工藝還可以將混凝土的強度提高約 10% 至 20%（具體取決于混合物）。因此，使用CO₂養護制成的混凝土實際上需要更少的水泥，進一步減少了相關的CO₂排放量。此外，由于需要更少的材料，CO₂固化可以降低混凝土制造商的生產成本并增加收入。

下面，我們將解釋碳調節和碳固化過程，以及 Alicat 的MC 系列質量流量控制器如何為這些應用提供一體化計量解決方案。  

使用 MC 系列質量流量控制器進行碳調節

在碳調節中，CO₂在混合階段直接注入骨料中。

對于該工藝，可以使用具有不同優點和缺點的不同CO₂源，包括純CO₂氣體、煙道氣或混合氣體混合物。雖然純 CO₂儲罐成本更高，并且必須從外部購買或使用 CO₂分離程序在內部創建，但煙道氣和混合氣體是更經濟的選擇，可以回收工業過程中的直接排放。相反，純CO₂氣體提供更快的反應時間并且更容易儲存。

無論使用哪種CO₂源，骨料都被放入溫度和濕度受控的固化室中，然后使用壓力控制器（例如在壓力控制模式下運行的艾里卡特MC系列質量流量控制器）通過氣源加壓。根據使用的氣源，該壓力通常在 150 kPaG-500 kPaG 范圍內變化（盡管有時使用環境條件）。更大的壓力將允許更快的反應。MC 系列質量流量控制器在獲取質量流量和溫度數據的同時調節過程壓力。

開放式入口系統

在開放式入口系統或持續流動的系統中，由于新鮮CO₂不斷取代封存的CO₂，反應期間室壓和溫度大致不變。因此，當氣體流速下降到接近零時，反應結束，這表明混凝土中不能儲存更多的CO₂。此外，溫度下降也確定該過程已結束。一旦達到這些預定的流量或溫度端點，以壓力控制模式運行的質量流量控制器就會通過PLC或計算機發出信號以關閉氣體供應。

Alicat 的MC 系列質量流量控制器在壓力控制模式下運行，可以通過 PID 控制回路提供連續、快速響應的壓力控制，實現過程自動化，同時記錄關鍵溫度和質量流量數據，這些數據還可以通過以下方式監視和控制過程： PLC或計算機。

封閉式入口系統

在封閉入口系統中，添加CO₂直至達到腔室壓力設定點，之后關閉氣體供應。由于系統在加壓和氣密后是封閉的，所以腔室內的溫度、CO₂濃度和氣壓將隨著混凝土吸收CO₂而降低。當所有 CO₂已用完且所有剩余氣體通過電動閥排出時，連接到腔室的CO₂傳感器會發出信號。然后添加新的CO₂氣體并循環重復該過程，直到CO₂傳感器仍可檢測到CO₂并且不再觀察到顯著的溫度或壓力變化。

除了控制循環氣體流量外，就像在開放式入口系統中一樣，Alicat 的 MC 系列質量流量控制器在壓力控制模式下運行，在封閉式入口系統中使用 CO₂傳感器在過程結束時向控制回路發出信號溫度或壓力數據。當壓力和溫度不再隨時間下降并且CO₂水平不再下降至零時，控制回路結束該過程。或者，當溫度和壓力隨時間下降但CO₂水平下降至零時，控制回路通過電動閥排出剩余的腔室氣體并添加更多CO₂。

使用 PC3 系列壓力控制器進行碳調節

或者，Alicat PC3 系列壓力控制器可以僅根據壓力設定點實現過程自動化。在開放式入口過程中，PC3 系列壓力控制器設置腔室壓力，并在壓力開始上升到設定值以上時結束過程。在封閉入口配置中，PC3 系列對腔室加壓，然后隨著腔室壓力降低且 CO₂水平隨著時間的推移而降低，批量添加更多 CO₂。當腔室壓力和 CO₂水平保持恒定時，PC3 向控制回路發出信號，通過電動閥排出所有剩余氣體并結束該過程。  

為了跟蹤開放式入口或封閉式入口系統中使用的CO₂或混合氣體的量，Alicat 的 MC 系列包括累加器和配料選項，可以輕松、自動地計算被封存的CO₂量，從而創建一個可追溯的記錄可能因稅收優惠等原因有用。

使用 PC3 系列控制器的 MC 系列進行CO₂固化

碳化固化或CO₂固化描述了混合階段后整個混凝土塊中CO₂的封存。除了這一差異之外，該過程與碳調節類似。正如在碳調節系統配置中一樣，濕度、溫度和壓力受控室與CO₂氣源、壓力傳感器或控制器以及CO₂傳感器結合使用。

正如在碳調節中一樣，Alicat 的MC 系列質量流量控制器可以幫助獲得 CO₂固化的全部優勢。

l 精度高達讀數的 ±0.5% 和滿量程的 ±0.1%

l 重復性高達讀數的 ±0.1% + 滿量程的 0.02%

l 響應時間快至 1 毫秒

Alicat 的PC3 系列壓力控制器有助于實現 CO₂固化的自動化。

l 精度高達滿量程的 ±0.125%

l 重復性高達滿量程的 ±0.08%

l 控制范圍為滿量程的 0.01–100%

l 傳感器響應時間 <1 ms

此外，Alicat 的設備與多種通信選項兼容，在使用計算機或 PLC 時允許各種自動化選項。