CREATE - Carbon Reforming to Economic Additives for Transitioning into Emission-less era

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: SI/502366
• Projekttitel Englisch: CREATE - Carbon Reforming to Economic Additives for Transitioning into Emission-less era

Schlussbericht (Deutsch)

Das Projekt CREATE ACT3 basierte auf einer innovativen, patentierten Technologie von Carbonova, die Treibhausgase (insbesondere CO2 und CH4) in Kohlenstoff-Nanofasern (CNF) umwandelt. Als Teil dieses Konsortiums hatte die Sika Technology AG (STAG) die Aufgabe, den Einsatz dieser CNF in verschiedenen Technologien und Produktlinien zu evaluieren, die ihre Kernaktivitäten in der Spezialitätenchemie abdecken, hin zu Systemen und Produkten zum Kleben, Dichten, Dämpfen, Verstärken und Schützen im Bausektor und in der Automobilindustrie. Der Hauptfokus von STAG im CREATE-Projekt lag auf der Reintegration von CNFs, die aus den CO2- Emissionen während der Zementproduktion erzeugt werden, in den Zement im Rahmen eines Kreislaufwirtschaftskonzepts. Dies führte zur Entwicklung einer robusten Strategie, die die hohen Scherkräfte in Zementmühlen nutzt, um CNFs effizient in die Zementmatrix zu dispergieren. Verschiedene Quellen und Typen von CNFs wurden evaluiert, von denen einige vielversprechende Verbesserungen der Festigkeit zeigten. Wichtige Merkmale, die eine effektive Dispersion und Integration in Zementmatrizen ermöglichen, wurden identifiziert und verstanden. Zusätzlich wurden Versuche unternommen, CNFs zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit von Zementmatrizen einzusetzen, wobei ein eigens entwickeltes experimentelles Setup verwendet wurde. Die bisherigen Ergebnisse waren jedoch enttäuschend, da die hohen Mengen an CNFs, die benötigt werden, um den Perkolationsschwellenwert zu erreichen, und dies noch verstärkt durch eine unzureichende Dispersion, den Erfolg behinderten.

Schlussbericht (Englisch)

The CREATE ACT3 project was based on an innovative patented technology of Carbonova which con[1]verts GHG (namely CO2 and CH4) into carbon nanofibers (CNF). As part of this consortium, Sika technology AG (STAG) had the task to evaluate the implementation of those CNF into various technologies and product lines covering its core activities in specialty chemicals towards systems and products for bonding, sealing, damping, reinforcing, and protecting in the building sector and motor vehicle industry. STAG's primary focus in the CREATE project was on reintegrating CNFs, produced from the CO2 emissions during cement production, into cement as part of a circular economy concept. This led to the development of a robust strategy that utilizes the high shear forces in cement mills to efficiently disperse CNFs into the cement matrix. Various sources and types of CNFs were evaluated, some of which showed promising strength improvements. Key characteristics that enable effective dispersion and integration into cement matrices have been identified and understood. Additionally, attempts were made to use CNFs to enhance the electrical conductivity of cement matrices, using a custom-designed experimental setup. However, the results so far have been disappointing, as the high quantities of CNFs required to reach the percolation threshold, further exacerbated by poor dispersion, have hindered success.

Main findings («Take-Home Messages»)

• A highly efficient, low-energy strategy has been developed to disperse carbon nanomaterials in cement matrices, making use of the high shear forces present in cement mills.
• Key properties of carbon nanomaterials (CNOs) have been identified, showing their potential to significantly enhance the strength of cement-based materials. Once optimized, these improvements could help reducing the clinker factor in cement and concrete, thereby lowering the associated CO2 emissions from cement production.
• However, due to the very low concentrations of CNOs that can be incorporated into cement compared to the vast CO2 emissions from cement production, this recycling of carbon should not be considered a form of circular economy and has a negligible impact on the decarbonization of the construction sector.

Zugehörige Dokumente

• Final report_english [PDF] 1'368 kB

Schlussbericht (Französisch)

Le projet ACT3 CREATE était basé sur une technologie innovante brevetée de Carbonova qui convertit les gaz à effet de serre (notamment le CO2 et le CH4) en nanofibres de carbone (CNF). En tant que membre de ce consortium, Sika technology AG (STAG) avait pour mission d'évaluer la mise en œuvre de ces CNF dans diverses technologies et lignes de produits couvrant ses activités principales dans le domaine des produits chimiques spécialisés vers des systèmes et des produits de collage, d'étanchéité, d'amortissement, de renforcement et de protection dans les secteurs industriels de la construction et de l’automobile. 4/27 L’objectif premier de STAG dans le cadre du projet CREATE était de réintégrer des CNFs, produites à partir des émissions de CO2 générées lors de la production de ciment, dans le ciment fini en vue d’atteindre un concept d'économie circulaire. Cela a conduit au développement d'une stratégie robuste qui utilise les forces de cisaillement élevées dans les broyeurs de ciment pour disperser efficacement les CNFs dans les matrices cimentaires. Plusieurs sources et types de CNOs ont été évalués, certains montrant des améliorations prometteuses de la résistance. Les caractéristiques clés permettant une dispersion et une intégration efficaces dans les matrices de ciment ont été identifiées et comprises. De plus, des tentatives ont été réalisées pour utiliser les CNOs afin d'améliorer la conductivité électrique des matrices de ciment, à l'aide d'un dispositif expérimental conçu sur mesure. Les résultats préliminaires obtenus n'ont pas été concluants, en raison des grandes quantités de CNOs nécessaires pour atteindre le seuil de percolation, et ce particulièrement dans le cas de dispersion insuffisante