Mniejsza emisyjność przemysłu cementowego kluczem do zrównoważonego budownictwa

• Strona główna
• Artykuły
• Mniejsza emisyjność przemysłu cementowego kluczem do zrównoważonego budownictwa

2021-12-21

Przemysł cementowy ważnym segmentem rynku budowlanego

Przemysł cementowy to niezwykle istotna składowa szeroko pojętego przemysłu chemii budowlanej. Obecnie skupia on w naszym kraju 13 nowoczesnych zakładów, w których zatrudnionych jest ok. 3,5 tys. pracowników. Pod względem wielkości produkcji Polska znajduje się na trzecim miejscu w UE, z wytwórczością przekraczającą 17 mln ton rocznie, co odpowiada za około 10% produkcji unijnej. Jednak przed branżą, i to nie tylko w naszym kraju, konieczność zmian, której na szczęście jest ona świadoma. Podstawowym wyzwaniem jest redukcja emisji dwutlenku węgla na każdym etapie łańcucha wartości cementu i betonu, tak by spełnić cele Europejskiego Zielonego Ładu i osiągnąć neutralność emisyjną w perspektywie kolejnych 30 lat. Ponieważ przemysł cementowy został uznany w EZŁ za jedną z najważniejszych branż dla gospodarki UE, zaopatruje on kilka kluczowych łańcuchów wartości, to podołanie wymogom transformacji będzie miało wpływ na cały europejski przemysł.

Pierwsze działanie w tym zakresie branża cementowa już podjęła i to bez związku z EZŁ.

Od roku 1990 obniżyła swoją jednostkową emisję CO₂ o około 15%. Jednocześnie w Europie w ciągu ostatnich kilkunastu lat zastąpiła 46% potrzebnego sobie paliwa paliwem alternatywnym, pozyskiwanym z różnych strumieni odpadów, dzięki czemu z odpadów jednocześnie odzyskuje się energię i minerały, co określa się jako współprzetwarzanie. W ten sposób przemysł cementowy mógł stać się ważnym elementem gospodarki o obiegu zamkniętym. To samo dotyczy strony produktowej: beton na koniec użytkowania budowli nadaje się w całości do recyklingu, a CO₂ wyemitowany na etapie produkcji cementu zostaje na końcu łańcucha wartości ponownie pochłonięty dzięki rekarbonatyzacji. Dalsze prace sektora cementowego będą jednak wymagały wielkich nakładów: Europejskie Stowarzyszenie Producentów Cementu wspomina o kwocie ponad 36 mld euro do wydania do roku 2050. Pieniądze te pójdą na badania nad nowymi technologiami oraz projekty na skalę demonstracyjną, a następnie wdrożenie uzyskanych technologii w całej Europie.

Wypełnienie przez omawiany przemysł postulatów Europejskiego Zielonego Ładu odbywać ma się w pięciu etapach, które w planie działań przygotowanym przez Europejskie Stowarzyszenie Producentów Cementu wyodrębniono wedle kryterium przedmiotowego w ramach branżowego łańcucha wartości. Łańcuch ten biegnie w taki oto sposób: klinkier – cement – beton – budownictwo – karbonatyzacja.

Redukcja emisji z klinkieru będzie wymagała inwestycji w zaawansowane technologie niskoemisyjne

Rozpoczynający łańcuch produktowy cementu klinkier cementowy to wyrób mający postać grudek, otrzymany przez wypalenie w temperaturze spiekania zmielonych i dokładnie wymieszanych surowców. Stosowany jest do produkcji cementu.

Sercem procesu wytwórczego klinkieru jest piec obrotowy, w którym surowce są podgrzewane i wapień ulega dekarbonizacji w reakcji chemicznej zwanej kalcynacją. To właśnie ten proces chemiczny powoduje 60-65% emisji z produkcji cementu, tzw. emisji procesowej. Skoro zatem to przy produkcji klinkieru powstaje ogromna większość emisji w łańcuchu produktowym cementu, to właśnie w tym obszarze występują największe możliwości redukcji emisji CO₂ w przemyśle cementowym.

Takie możliwości redukcji emisji CO₂ dotyczącej klinkieru uzależnione są jednak od kilku czynników. Najważniejsze z nich to:

• dostęp do alternatywnych zdekarbonizowanych surowców, zakaz składowania odpadów, skuteczniejsze sortowanie odpadów, lepsze wdrożenie prawa o odpadach;
• dostęp do odpadów z biomasą;
• inwestycje w modernizację pieców i odzysk ciepła odpadowego;
• dostęp do finansowania badań, akceptacja rynkowa produktów niskoemisyjnych, sprawna aktualizacja norm;
• dostęp do wodoru i wystarczającej ilości odnawialnej energii elektrycznej;
• dostęp do finansowania innowacji ze środków publicznych, infrastruktura do transportu CO₂, dostęp do odnawialnej energii elektrycznej, wysoka cena CO₂ , możliwość przeniesienia kosztów CO₂.

Gdy idzie o dostęp do alternatywnych zdekarbonizowanych surowców, to dlatego jest to tak ważne, gdyż jak wspomniano najwięcej CO2 pochodzi z kalcynacji surowców w piecu cementowym.

Tym samym jednym ze sposobów znaczącego zredukowania emisji CO₂ jest wykorzystanie alternatywnych źródeł zdekarbonizowanych surowców. Część wapienia można zastąpić materiałami odpadowymi i produktami ubocznymi innych gałęzi przemysłu, co stanowi dobry przykład symbiozy przemysłowej. Do materiałów tych należą zaprawa cementowa odzyskiwana z odpadów rozbiórkowych, granulowany żużel wielkopiecowy i wapno odpadowe. Branżowe organizacje przewidują uzyskanie 3,5% redukcji procesowej emisji CO₂ przez wykorzystanie zdekarbonizowanych surowców do roku 2030 i nawet 8% redukcji do roku 2050.

W przypadku biomasy branża cementowa chce natomiast osiągnięcia wskaźnika 60% paliw alternatywnych, w tym 30% biomasy w roku 2030 i 90% paliw alternatywnych, w tym 50% biomasy do roku 2050. Aktualnie paliwa alternatywne pokrywają 46% łącznego zużycia paliwa w piecach cementowych w Europie, przy czym 16% tych paliw stanowi biomasa.

W ocenie Europejskiego Stowarzyszenia Producentów Cementu oraz polskiego Stowarzyszenia Producentów Cementu, nie ma przeszkód technicznych, aby zwiększyć zużycie paliw alternatywnych do ponad 90%, pod warunkiem ich lokalnej dostępności. Kilka cementowni na naszym kontynencie już osiąga taki poziom dzięki właściwemu środowisku regulacyjnemu, społecznej akceptacji i wsparciu inwestycji. Ponadto toczą się badania, choć na wczesnym etapie, nad wykorzystaniem ogrzewania elektrycznego, plazmy lub energii słonecznej do kalcynacji surowców, co mogłoby w przyszłości skutkować zmniejszeniem emisji CO₂ z paliwa o 55% w przypadku użycia odnawialnej energii elektrycznej. W połączeniu z wykorzystaniem w produkcji klinkieru wodoru i paliw z biomasy mogłoby to skutkować prawie zerową emisją CO₂ z paliwa. Dzisiaj emisja z paliwa stanowi około 35-40% łącznej emisji CO₂ z produkcji cementu.

Kolejny punkt, którego realizacja sprawi obniżenie emisji z klinkieru to modernizacja pieców i odzysk ciepła odpadowego. Trzeba wiedzieć, że aktualnie piece cementowe są już i tak bardzo efektywne cieplnie, zwykle pracują w zakresie 70- 80% sprawności. Jednak nadal możliwe jest poprawienie sprawności cieplnej niektórych z pieców przez przebudowę pieców z wymiennikami ciepła oraz innych rodzajów pieców na piece z prekalcynatorem oraz przez odzysk ciepła z chłodnika i jego wykorzystanie do wytwarzania do 20% energii elektrycznej potrzebnej w cementowni.

Kluczową technologią służącą do redukcji emisji dwutlenku węgla z cementowni będzie również jego wychwytywanie, wykorzystanie i składowanie (CCUS). W ostatnich latach prowadzono istotne badania w skali pilotażowej w celu optymalizacji sorbentowych i membranowych technik wychwytywania. Trwają próby opracowania sposobów koncentrowania CO₂ w strumieniu gazu, poprawy sprawności i obniżenia kosztu wychwytywania dwutlenku węgla.

Wychwycony CO₂ można następnie przesyłać do formacji geologicznych, takich jak wyeksploatowane pola gazowe i tam składować na stałe. Inne techniki trwałego wychwycenia CO₂ obejmują wykorzystanie wtórnych kruszyw betonowych i minerałów, takich jak oliwin i bazalt. Do absorpcji CO₂ można również wykorzystać glony, a powstała biomasa może następnie stać się paliwem do pieca cementowego. Wychwycony CO₂ może być również użyty do wytworzenia nowych produktów, takich jak neutralne klimatycznie paliwo lotnicze.

Choć istnieją plany wdrożenia CCUS w pełnej skali, budowa takich instalacji będzie w dużym stopniu uzależniona od powstania rurociągów CO₂ oraz sformułowania ogólnego modelu biznesowego. Kluczową rolę w tym zakresie odegra opracowanie odpowiedniej polityki. Do roku 2050 zastosowanie różnych technik wychwytu CO₂ ograniczy jego łączną emisję o 42%.

Dostępność odnawialnej energii elektrycznej po akceptowalnej cenie podstawą mniejszej emisji z cementu

Klinkier to surowiec do produkcji cementu. Po wyprodukowaniu tego surowca mieli się go z gipsem i dodatkami, aby uzyskać cement. Na tym etapie nie emituje się już więcej procesowego CO₂ , jednak do mielenia i mieszania wykorzystywana jest energia elektryczna, a surowce oraz gotowy cement wymagają transportu. Niektóre rodzaje cementu można wytworzyć, używając mniej klinkieru lub nawet zastępując go substytutami, i tym samym osiągnąć istotne ograniczenie emisji. Ponadto na etapie produkcji cementu można dalej obniżyć emisję dzięki niezakłóconej i dostępnej cenowo dostawie energii odnawialnej oraz bezemisyjnych alternatyw dla oleju napędowego do pojazdów przemysłowych.

Generalnie, w ocenie Europejskiego Stowarzyszenia Producentów Cementu, możliwości redukcji CO₂ dotyczące cementu zasadzają się na trzech aspektach:

• dostępie do żużla, kalcynowanej gliny, puzzolanu i nowych dodatków do klinkieru oraz akceptacji rynkowej dla dłuższego czasu wiązania;
• wystarczającej podaży dostępnej cenowo odnawialnej energii elektrycznej i koniecznej infrastruktury;
• zastąpieniu własnych maszyn kopalnianych oraz środków wewnętrznego transportu, jak również niskoemisyjnego transportu zarówno otrzymywanych surowców, jak i wysyłanych materiałów.

Wskaźnik klinkieru do cementu wynosi w Europie 77%. Oznacza to, że średnio 23% klinkieru zastępuje się alternatywnymi materiałami, takimi jak granulowany żużel wielkopiecowy oraz popiół lotny z elektrowni opalanych węglem. Przemysł cementowy jest świadom, że zamykanie elektrowni opalanych węglem ograniczy podaż popiołu lotnego, jak również spadnie wykorzystanie żużla z hutnictwa stali. Jednak już obecnie 21% wszystkich substytutów stanowią naturalne puzzolany, kamień wapienny lub palony łupek bitumiczny, a bada się również niekonwencjonalne substytuty, np. kalcynowaną glinę i krzemionkę. W dalszych badaniach poszukiwane będą inne surowce, które można wykorzystać w przyszłości, m.in. materiały puzzolanowe ze strumieni odpadów oraz żużel z innych gałęzi przemysłu. W zależności od krajowego prawodawstwa i warunków rynkowych, substytuty te można dodawać również na etapie wytwarzania betonu. Celem jest zatem obniżenie zawartości klinkieru w cemencie ze średnio 77% do 74% do roku 2030 i do 65% do roku 2050.

Szacuje się, że przejście na 100% energii odnawialnej zaowocuje oszczędnością 6% łącznego CO₂. Energia elektryczna stanowi 13% łącznej zużywanej energii i odpowiada za 6% łącznej emisji CO₂ związanej z produkcją cementu. Sprawność elektryczną można poprawić przez modyfikację konstrukcji podgrzewaczy pieców cementowych oraz usprawnienie mielenia. Ponadto do wytwarzania odnawialnej energii można wykorzystać znajdujące się w granicach cementowni grunty, które nie będą użytkowane przez dziesięciolecia lub zostały już zrekultywowane. Do roku 2050 branża cementowa oczekuje dwukrotnego wzrostu zużycia energii elektrycznej w cementowniach na skutek wdrożenia technologii wychwytywania CO₂.

Analizując z kolei znaczenie transportu, pojawia się ze strony Europejskiego Stowarzyszenia Producentów Cementu informacja, że odpowiada on obecnie za 1,5% łącznej emisji dwutlenku węgla z produkcji cementu. Obejmuje to transport w kamieniołomie i cementowni, przewóz surowców oraz paliw dostarczanych do cementowni, a także transport produktów cementowych do odbiorców końcowych. Prowadzi się obecnie wiele badań nad wozidłami do transportu w kamieniołomie i cementowni oraz pojazdami drogowymi, w tym hybrydowymi, wykorzystującymi energię elektryczną, biodiesel i wodór. Zakłada się, że w roku 2050 transport materiałów i paliwa nie będzie emitował dwutlenku węgla z powodu przejścia na pojazdy napędzane silnikami elektrycznymi, wodorowymi lub ich kombinacją.

Przy pisaniu tekstu wykorzystano materiały Stowarzyszenia Producentów Cementu

CAŁA TREŚĆ DOSTĘPNA W "Chemia i Biznes" nr 5/2021

Chemia i Biznes” to dwumiesięcznik biznesowo-gospodarczy, stworzony z myślą o firmach poszukujących rzetelnej, aktualnej i profesjonalnie przygotowanej informacji na temat rynku chemicznego i sektorów powiązanych.

CAŁA TREŚĆ DOSTĘPNA W "Chemia i Biznes" nr 5/2021

Chemia i Biznes” to dwumiesięcznik biznesowo-gospodarczy, stworzony z myślą o firmach poszukujących rzetelnej, aktualnej i profesjonalnie przygotowanej informacji na temat rynku chemicznego i sektorów powiązanych.

cementbetonbudownictwochemia budowlana