Chemia i Biznes

W ramach naszej witryny stosujemy pliki cookies w celu świadczenia Państwu usług na najwyższym poziomie, w tym w sposób dostosowany do indywidualnych potrzeb. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień dotyczących cookies oznacza, że będą one zamieszczane w Państwa urządzeniu końcowym. Mogą Państwo dokonać w każdym czasie zmiany ustawień dotyczących cookies. Więcej szczegółów w naszej "Polityce prywatności Cookies"

Rozumiem i zgadzam się

Konfiguracja makiety

Mniejsza emisyjność przemysłu cementowego kluczem do zrównoważonego budownictwa

Pixabay.com

2021-12-21

Cały łańcuch produktowy cementu i betonu może być bardziej niskoemisyjny. Europejskie Stowarzyszenie Producentów Cementu oraz Stowarzyszenie Producentów Cementu, skupiające polskich wytwórców tego materiału, przedstawiły rozwiązania, za pomocą których branża ma zrealizować postulaty Europejskiego Zielonego Ładu i do roku 2050 osiągnąć neutralność emisyjną.

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


“Chemia i Biznes” nr 5/2021
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.

“Chemia i Biznes” nr 5/2021
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

Podoba Ci się ten artykuł? Udostępnij!

Oddaj swój głos  

Ten artykuł nie został jeszcze oceniony.

Dodaj komentarz

Redakcja Portalu Chemia i Biznes zastrzega sobie prawo usuwania komentarzy obraźliwych dla innych osób, zawierających słowa wulgarne lub nie odnoszących się merytorycznie do tematu. Twój komentarz wyświetli się zaraz po tym, jak zostanie zatwierdzony przez moderatora. Dziękujemy i zapraszamy do dyskusji!


WięcejNajnowsze

Więcej aktualności



WięcejNajpopularniejsze

Więcej aktualności (192)



WięcejPolecane

Więcej aktualności (97)



WięcejSonda

Czy rezygnacja z rosyjskiej ropy i gazu to dobre rozwiązanie?

Zobacz wyniki

WięcejW obiektywie