Защита климата

Производство одной тонны цемента в Германии связано с выбросами примерно 600 кг CO₂ - около двух третьих из них приходится на технологические выбросы, обусловленные сырьем, только одна треть - на выбросы от сжигания топлива. В совокупности выбросы CO₂ в цементной промышленности в настоящее время составляют около 20 млн тонн, что соответствует 2 % от национальных выбросов CO₂. Как же образуется CO₂ в процессе производства цемента?

На первом этапе производства цемента из каменных карьеров добывается известняк, затем он измельчается и обжигается во вращающихся трубчатых печах при температуре 1450 °C до получения цементного клинкера. При этом развиваются химические свойства, которые придают цементу эффективную мощность, а затем - высокую стабильность бетону. В процессе обжига образуется обусловленный технологией CO₂ при кальцинировании известняка до получения жженой извести, на предварительном этапе производства цементного клинкера, после такой химической реакции: CaCO₃ → CaO + CO₂.

C 1990 года немецкая цементная промышленность снизила свои специфические выбросы на одну тонну цемента прибл. на 22 %. Такого прогресса удалось достичь в основном благодаря принятию таких мер:

• Повышение эффективности тепловой и электрической энергии благодаря различным технологическим усовершенствованиям
• Замещение ископаемых видов топлива альтернативными видами топлива с использованием биомассы со сниженным экологическим следом по выбросу CO₂
• Использование альтернативного, предварительно кальцинированного сырья
• Эффективного применение промежуточного продукта с высоким уровнем выбросов - цементного клинкера - в цементе

Традиционные мероприятия по снижению CO₂ в будущем достигнут своего предела: термический КПД цементных заводов уже сегодня близок к технологическому максимуму, успехи в эффективности применения электроэнергии зачастую перекомпенсируются возрастающей потребностью в электроэнергии в связи со спросом на цемент тонкого помола, технически более затратной  фильтрацией газообразных отходов или принятием мер по снижению CO₂. Дальнейшее уменьшение содержания клинкера в цементе возможно с технической точки зрения, но в значительной степени зависит от возможности использования соответствующего альтернативного сырья, например, песка из гранулированного доменного шлака, летучей золы или обожженной глины.

Учитывая цель формирования общества с климатической нейтральностью во второй половине этого столетия, цепочка создания стоимости цемента и бетона стоит перед колоссальным вызовом - снизить выбросы CO₂, обусловленные использованием энергии и технологическим процессом, по возможности до нуля. Помимо использования в некоторой степени нового, эффективного в отношении CO₂ сырья для производства клинкера, цемента и бетона, прежде всего, понадобятся новейшие технологии, которые в корне изменят процесс производства и способ строительства с использованием бетона. Эти решения будущего необходимо разработать «сегодня», чтобы можно было их своевременно опробовать в промышленном масштабе и экономически выгодно использовать.

Помимо озвученных «традиционных» мер по снижению, производители цемента в Германии уже много лет изучают и интенсивно работают над различными подходами для дальнейшего значительного снижения уровня CO₂ в производстве цемента. При этом необходимо использовать любой потенциал по снижению уровня CO₂ во всей цепочке создания стоимости «Клинкер - цемент - бетон - здание - снос». Сюда относится, прежде всего:

• Использование инновационного, особенно эффективного в отношении CO₂ цемента типа CEM II/C и CEM VI и необходимое для этого усовершенствование технологии производства бетона
• Продуманное и ресурсосберегающее использование бетона при сооружении зданий
• Абсорбция CO₂ в бетоне (рекарбонизация)
• Разработка новых минеральных связующих веществ
• Технологии по улавливанию, транспортировке, использованию CO₂, а также его хранению в соответствующих надежных геологических формациях

Осознавая существенную проблему в сфере защиты климата, немецкие производители цемента уже много лет интенсивно работают под эгидой VDZ (Объединения немецких цементных заводов) и Европейской академии по исследованию цемента (European Cement Research Academy) над тем, чтобы продолжить усовершенствование имеющихся сегодня возможностей по снижению уровня, а также разработать новые технологии. При этом отмечается, что улавливание CO₂ на цементном заводе и его последующее использование или хранение (Carbon Capture & Utilization или & Storage [CCU, CCS]) играют решающую роль в процессе декарбонизации. После проведения многочисленных исследований и проектов цементная промышленность сегодня способна опробовать улавливание CO₂ (например, кислородно-топливная технология или технология дожигания) в промышленных масштабах. Другие возможности улавливания CO₂ в процессе производства изучаются в настоящее время в рамках нескольких пилотных проектов в Европе или находятся на стадии проектирования.

Еще одним подходом может считаться разработка новых минеральных связующих веществ, которые могли бы быть изготовлены на основе другого состава сырья и с меньшими затратами энергии. Однако до сих пор работы находятся на стадии разработки, и на сегодняшний день нельзя понять, смогут ли эти новые связующие вещества заменить цемент в большем объеме. С одной стороны, это связано с частично ограниченной возможностью использования необходимых для этого сырьевых материалов, с другой стороны, со строительно-техническими свойствами, которые на данный момент могли бы быть пригодными только для очень специфических строительных задач. Помимо этого, новые связующие вещества необходимо сравнить по балансу CO₂ с инновационными видами цемента, например, CEM II/C или CEM VI, которые уже сегодня доступны и очень эффективны в отношении CO₂, а также пригодны для широкого спектра применения.

Цементная промышленность не сможет решить задачу только за счет комплексной декарбонизации цепочки создания стоимости цемента и бетона. Для этого необходима поддержка со стороны машиностроителей и производителей бетона, а также строительных подрядных организаций, проектировщиков и архитекторов. Вместе с этим существует потребность в соответствующих политических общих условиях, которые позволяли бы конкурентоспособное производство цемента и бетона с малым содержанием окиси углерода в Германии, а также создание рынков для такой продукции.

Это касается, в частности, широкого экономически выгодного применения технологий по улавливанию CO₂ на цементном заводе. Кроме технической реализуемости, существует много других предпосылок. С одной стороны, технология чрезвычайно энергоемкая и поэтому дорогая. Таким образом, необходимы соответствующие инструменты продвижения, которые позволяют реализовать на практике рентабельное производство. С другой стороны, без необходимой инфраструктуры — для повсеместного использования электроэнергии без выбросов CO₂ или транспортировки CO₂ и водорода — невозможно успешное выполнение этой трансформации. В конце концов, люди на рабочих местах и общество в целом должны быть готовы к тому, чтобы содействовать техническим и экономическим изменениям, и принимать их, чтобы трансформация в общество с нейтральным влиянием на климат в итоге стало успешным для всех.