Λέγεται ότι αν η βιομηχανία τσιμέντου ήταν χώρα, θα ήταν η τρίτη ή τέταρτη μεγαλύτερη πηγή εκπομπής διοξειδίου του άνθρακα (CO2) στον κόσμο. Η παγκόσμια παραγωγή τσιμέντου παρήγαγε 1,6 δισεκατομμύρια μετρικούς τόνους CO2 το 2022 – το τελευταίο έτος για το οποίο υπάρχουν στοιχεία – ποσότητα που αντιστοιχεί περίπου στο 8% των συνολικών εκπομπών.
Η μείωση της ποσότητας άνθρακα που εκπέμπεται από την παραγωγή τσιμέντου παίζει κρίσιμο ρόλο στην επίτευξη των παγκόσμιων κλιματικών στόχων. Ταυτόχρονα, όμως, το τσιμέντο είναι βασικό συστατικό του σκυροδέματος. Επομένως μια προφανής λύση θα ήταν η μείωση της ποσότητας σκυροδέματος που χρειάζεται ο κόσμος. Τα πράγματα, ωστόσο, δεν είναι τόσο απλά καθώς το σκυρόδεμα είναι το δεύτερο πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο υλικό μετά το νερό, όπως αναφέρει το Παγκόσμιο Οικονομικό Φόρουμ. Η παγκόσμια ετήσια παραγωγή του προβλέπεται να αυξηθεί από 14 δισεκατομμύρια m³ που είναι σήμερα σε 20 δισεκατομμύρια m³ έως το 2050, καθώς οι ανθρώπινες κοινωνίες αστικοποιούνται και η ζήτηση για υποδομές αυξάνεται.
Αν συνεχιστεί αυτή η πορεία θα οδηγήσει στην εκτόξευση των εκπομπών CO2 στη βιομηχανία τσιμέντου σε 3,8 δισεκατομμύρια τόνους ετησίως.
Σε αντίθεση με άλλους τομείς, όπου το μεγαλύτερο μερίδιο των εκπομπών σχετίζεται με την ενέργεια, στην παραγωγή τσιμέντου και σκυροδέματος, περισσότερες από τις μισές εκπομπές αφορούν τη διαδικασία, σύμφωνα με μια νέα έκθεση που ολοκλήρωσε το First Movers Coalition του Παγκόσμιου Οικονομικού Φόρουμ, σε συνεργασία με την Deloitte. Η βιομηχανία, επομένως, απαιτεί είτε νέες λύσεις σε έναν τομέα που μετρά ζωή χιλιετιών είτε τη σημαντική ενίσχυση πρακτικών δέσμευσης άνθρακα.
Ακολουθούν τέσσερις βασικές κατευθύνσεις για την απανθρακοποίηση της βιομηχανίας τσιμέντου και σκυροδέματος καθώς και οι καινοτόμες λύσεις που περιλαμβάνουν.
Αντικατάσταση του κλίνκερ
Το κλίνκερ είναι το κύριο συστατικό του τσιμέντου και είναι «υπεύθυνο» για το 90% των συνολικών εκπομπών.
Η αντικατάστασή του με συμπληρωματικά τσιμεντοειδή υλικά (SCM) που είναι χαμηλότερης έντασης, αναμένεται να αντιμετωπίσει άμεσα το ζήτημα των υψηλών εκπομπών που σχετίζονται με τη διεργασία. Τα κακά νέα είναι ότι στην παρούσα φάση δεν υπάρχουν λύσεις που να μπορούν να αντικαταστήσουν πλήρως το κλίνκερ σε ευρεία κλίμακα.
Ωστόσο, υπάρχουν διάφοροι αποδεδειγμένοι τρόποι για να μειωθεί σημαντικά η ποσότητα κλίνκερ που απαιτείται για την παραγωγή τσιμέντου και σκυροδέματος και μία από τις πιο ελπιδοφόρες λύσεις ονομάζεται LC3 – Ασβεστόλιθος, Ασβεστοποιημένο αργιλικό τσιμέντο – το οποίο μπορεί να μειώσει τις εκπομπές CO2 κατά περίπου 40% σε σύγκριση με συμβατικό τσιμέντο.
Το LC3 αντιμετωπίζει και τις δύο πηγές εκπομπών άνθρακα από την παραγωγή κλίνκερ. Πρώτα αντικαθιστώντας το μισό κλίνκερ με φρυγμένο άργιλο και αλεσμένο ασβεστόλιθο, κανένα από τα οποία δεν απελευθερώνει άνθρακα όταν θερμαίνεται όπως ο ασβεστόλιθος. Δεύτερον, ο πηλός θερμαίνεται σε πολύ χαμηλότερη θερμοκρασία, γεγονός που μειώνει την ποσότητα καυσίμου που απαιτείται και σημαίνει ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί ηλεκτρική ενέργεια αντί για ορυκτά καύσιμα.
Επίσης, επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο του Κέμπριτζ έχουν αναπτύξει μια τεχνική «μηδενικών εκπομπών» για την παραγωγή καθαρότερου κλίνκερ. Η εναλλακτική διαδικασία περιλαμβάνει την επαναχρησιμοποίηση πάστας τσιμέντου από κατεδαφισμένα κτίρια. Σύμφωνα με τους επιστήμονες, η διαδικασία αυτή θα μπορούσε να εξοικονομήσει έως και τρεις γιγατόνους CO2 το χρόνο.
Αντικατάσταση ασβεστόλιθου
Η θέρμανση του ασβεστόλιθου για την παραγωγή κλίνκερ αντιπροσωπεύει το 50% των εκπομπών στην παραγωγή τσιμέντου. Επομένως η αντικατάστασή τους στη διαδικασία παραγωγής κλίνκερ παρέχει έναν σημαντικό τρόπο μείωσης των εκπομπών.
Η αμερικανική εταιρεία Brimstone έχει αναπτύξει μια διαδικασία για την παραγωγή τσιμέντου από πετρώματα πυριτικού ασβεστίου χωρίς άνθρακα – τα οποία μπορούν να βρεθούν σε αφθονία στην επιφάνεια κάθε ηπείρου στον κόσμο – αντί για ασβεστόλιθο. Η εταιρεία λέει ότι η διαδικασία αφαιρεί επίσης CO2 από τον αέρα επειδή τα πετρώματα της περιέχουν μαγνήσιο που μπορεί να δεσμεύσει παθητικά και μόνιμα το διοξείδιο του άνθρακα της ατμόσφαιρας.
Η Sublime Systems χρησιμοποιεί ορυκτά πυριτικού ασβεστίου ή βιομηχανικά απόβλητα για την παραγωγή τσιμέντου χρησιμοποιώντας ηλεκτροχημική διαδικασία και όχι θερμότητα.
Η Cemvision έχει ξεκινήσει πιλοτικά την παραγωγή τσιμέντου χωρίς τη χρήση ορυκτών, φτιαγμένου εξ ολοκλήρου από ανακυκλωμένα υλικά. Η σουηδική εταιρεία ανακυκλώνει υποπροϊόντα από εξόρυξη και χάλυβα, που απαιτούν λιγότερη ενέργεια, ενώ δεν δημιουργούνται και απόβλητα. Η εταιρεία έχει σχεδιάσει το τσιμέντο της να είναι “drop-in”, πράγμα που σημαίνει ότι μπορεί να ενσωματωθεί σε υπάρχοντα κτίρια μαζί με το συμβατικό τσιμέντο, για να καταστεί δυνατή η γρήγορη υιοθέτηση.
Εναλλαγή καυσίμου και ηλεκτροδότηση
Η εναλλαγή καυσίμου και η ηλεκτροδότηση είναι κρίσιμες για τη μείωση των εκπομπών που σχετίζονται με την ενέργεια. Η μερική θέρμανση του κλιβάνου που χρησιμοποιείται για την κατασκευή κλίνκερ με μια πηγή ηλεκτρικής ενέργειας χωρίς άνθρακα και η αντικατάσταση των ορυκτών καυσίμων με εναλλακτικά καύσιμα χαμηλών εκπομπών άνθρακα για το υπόλοιπο μέρος μπορεί να βοηθήσει σταδιακά να εξαλειφθεί ο άνθρακας.
Η CoolBrook, η SaltX και η Rondo Energy έχουν αναπτύξει ηλεκτρικές ή θερμικές εναλλακτικές λύσεις για τους κλιβάνους και τους ασβεστοποιητές – ένα στάδιο που προθερμαίνει τον ασβεστόλιθο πριν εισέλθει στον κλίβανο.
Μια άλλη προσέγγιση για την επίτευξη των πολύ υψηλών θερμοκρασιών που απαιτούνται είναι η συμπυκνωμένη ηλιακή ενέργεια, η οποία έχει δοκιμαστεί από νεοφυείς επιχειρήσεις όπως η Synhelion –σε συνεργασία με την Cemex– και η Heliogen.
Οι εναλλακτικές λύσεις καυσίμων χαμηλών εκπομπών άνθρακα είναι κοινές και σε άλλες βιομηχανίες και κυμαίνονται από βραχυπρόθεσμες λύσεις όπως η βιομάζα έως πιο μακροπρόθεσμες, όπως το «πράσινο» υδρογόνο.
Δέσμευση του άνθρακα
Με τη διαδικασία αυτή ο άνθρακας δεσμεύεται στην πηγή εκπομπής, όπως μονάδες ηλεκτροπαραγωγής και βιομηχανικές εγκαταστάσεις, και αποθηκεύεται για να αποτραπεί η απελευθέρωσή του στην ατμόσφαιρα. Πρόκειται για μια βασική μέθοδο μείωσης των εκπομπών στη βιομηχανία τσιμέντου και σκυροδέματος.
Οι προβλέψεις της Παγκόσμιας Ένωσης Τσιμέντου και Σκυροδέματος δείχνουν ότι η δέσμευση, η χρήση και η αποθήκευση άνθρακα (CCUS) θα μπορούσε να μειώσει τις εκπομπές κατά 36%, καθιστώντας τη βιομηχανία τον μεγαλύτερο μοχλό μείωσης εκπομπών.
Η πόλη Brevik στη Νορβηγία έγινε η πρώτη περιοχή στον κόσμο που διαθέτει εργοστάσιο τσιμέντου με τεχνολογία δέσμευσης και αποθήκευσης άνθρακα (CCS).
Η εγκατάσταση του συστήματος CCS, ύψους 100 μέτρων στο εργοστάσιο τσιμέντου της Heidelberg Materials ξεκίνησε τον Αύγουστο και αναμένεται να ολοκληρωθεί έως τα τέλη του 2024.
Θα παγιδεύσει το CO2 από τη διαδικασία παραγωγής κλίνκερ, αποτρέποντας την εκπομπή του στην ατμόσφαιρα και στη συνέχεια θα το αποθηκεύσει με ασφάλεια στο υπέδαφος, στη Βόρεια Θάλασσα.
Καθαρή μηδενική παραγωγή τσιμέντου
Στο πλαίσιο της COP28 στο Ντουμπάι, συμφωνήθηκε η πρωτοβουλία Cement and Concrete Breakthrough, που έχει ως στόχο την καθιέρωση και αύξηση της παραγωγής τσιμέντου σχεδόν μηδενικών εκπομπών σε κάθε περιοχή του κόσμου έως το 2030. Για να γίνει πραγματικότητα αυτός ο στόχος, θα είναι απαραίτητη η ευρεία υιοθέτηση καινοτόμων διαδικασιών παραγωγής τσιμέντου και σκυροδέματος όπως οι τέσσερις που αναφέρονται παραπάνω.
