Когда цемент станет «зелёным»?

Колонка редактора

23 сентября 2022 . 14:35

Ежегодно в мире используется более 4 миллиардов тонн цемента, при производстве которого выбрасывается почти 3 миллиарда тонн CO2. Это больше, чем загрязнение атмосферы всеми существующими грузовыми автомобилями. И все же без этого материала не обойтись: он универсален, дешев, чрезвычайно прочен, имеет очень долгий срок службы и на 100% пригоден для повторного использования. Расскажем, какие экоинновации разрабатывают компании для создания устойчивого бетона и уменьшения вредного воздействия на окружающую среду.

Цемент, несомненно, один из самых распространенных материалов на земле. Он был рядом с нами в больнице, когда мы родились, на первом звонке в школе, в первый день на работе или в первый полет. При этом его неспроста называют «самым разрушительным материалом на Земле». С начала промышленной революции было отлито около 900 миллиардов метрических тонн бетона (цемент составляет около 15% бетонной смеси). Последствия для экосистем нетрудно представить. И все же ученые не так категоричны к этому материалу: они выяснили, что если бы полы в самых бедных домах мира были сделаны из цемента, а не из земли, паразитарные болезни уменьшились бы на 80%.

Что такое цемент?

Ранние формы цемента уже использовались в древние времена — это смесь известкового раствора и пуццолана, которую римляне применяли при строительстве своих акведуков. Так что же из себя представляет цемент? По сути, это вяжущее вещество, которое активируется при соединении с водой. Его можно изготовить из мергелей, известняков или глин, нагретых до очень высоких температур (температура лавы — выше 1 400 °C).

Полученный материал известен как клинкер, который измельчается и смешивается с мелом, превращаясь в цемент. Загрязнение атмосферы при производстве цемента происходит при обжиге известняка. Так, одна метрическая тонна цемента приводит к приблизительному выбросу 1 метрической тонны CO2 в атмосферу. Добавление песка и гравия (известных как заполнители) к цементу позволяет получить бетон. На изготовление одного кубического метра бетона требуется около 300 килограммов цемента, один кубический метр наполнителей и 120 литров воды.

От сырья к воде

Строительный сектор потребляет около 50% всего добываемого в мире сырья, что составляет

42 миллиарда
метрических тонн в год. Естественно, это далеко не то, что можно было бы назвать благоприятной для климата деятельностью. На самом деле на долю цементной промышленности приходится около 5-9% общих антропогенных выбросов, что чуть меньше химической промышленности и больше, чем металлообработка или авиация.

Несмотря на снижение потребления энергии, для того чтобы разогревать печи до столь высоких температур, требуется не менее 5% мирового потребления энергии.

Говоря о производственном процессе, нельзя не затронуть тему воды: на одну тонну клинкера требуется почти 500 литров. Согласно исследованию журнала «Nature», на это уходит 9% глобального промышленного использования воды. Итого бетонная промышленность использует около 1 миллиарда кубометров воды каждый год! А когда срок службы зданий и продуктов из цемента подходит к концу, они становятся основным источником отходов.

Китай — цементный лидер?

Крупнейшим цементным производителем в мире с оборотом 2 200 миллионов метрических тонн цемента в год по праву считается Китай. Причем отрыв от ближайших конкурентов настолько гигантский, что вполне можно сказать, что соперников у Поднебесной пока просто нет. Среди производителей на 2019-й год КНР изготовила более половины всего объема цемента на планете — это единственная страна, исчисляющая производство цемента миллиардами, а не миллионами тонн.

С 2000 по 2018 год парниковые выбросы от производства цемента в Китае выросли более чем в три раза — с 244 до 782 миллионов тонн в год. Для сравнения: в Индии рост составил с 46 до 125 миллионов тонн, в России — с 15 до 21 миллионов тонн.

На пути к устойчивому бетону

Глобальная бетонная промышленность неизбежно становится одним из важнейших фронтов борьбы с изменением климата. Для сокращения воздействия на окружающую среду некоторые архитекторы и застройщики пробуют новые экологичные технологии и придерживаются принципов устойчивого развития.

В последние десятилетия представители индустрии, стремившиеся снизить углеродный след зданий, сосредоточились на сокращении потребления энергии за счет повышения эффективности систем освещения, отопления и других. Также они стали обращать внимание не только на выбросы, связанные с эксплуатацией, но и на углеродный след, образующийся при производстве и транспортировке строительных материалов. Рассмотрим некоторые из приведенных примеров подробнее.

Сокращение выбросов CO2

Одним из решений может быть замена материалов, из которых состоит клинкер, и уменьшение количества самого клинкера в цементе и бетоне. Часть этого сырья уже заменяется отходами производства других отраслей, обладающими такими же химическими и физическими свойствами. К ним относятся зола от угольных электростанций и доменный шлак от производства стали, оба являются хорошими примерами промышленного симбиоза.

Некоторые компании используют меньше известняка и обжигают печи при более низкой температуре, что в итоге приводит к сокращению выбросов CO2 на 30%. Другие — впрыскивают в бетон углекислый газ, химически преобразованный в минерал. Таким образом, сам цемент начинает поглощать парниковый газ, сокращая выбросы на 5–7% и экономя значительное количество воды.

Упомянутые решения, хотя и чрезвычайно интересны, пока остаются нишевыми — они все еще недоступны для широких слоев рынка. Поэтому, чтобы сократить выбросы, производственные компании сосредотачиваются на улавливании и хранении CO2 (CCS).

Большинство крупных игроков в этом секторе сосредоточены на CCS: от китайского «China National Building Materials» (CNBM), крупнейшего в мире производителя, до «Dalmia Group» в Индии.

Другим решением для цементных компаний может стать электрификация, но это не так просто реализовать, учитывая очень высокие температуры, при которых должны работать печи. Однако попытки уже были предприняты некоторыми производителями в рамках пилотной программы.

Тем временем некоторые продвинутые компании стремятся заменить традиционные виды топлива неперерабатываемыми отходами. Это позволяет избежать импорта и сжигания ископаемого топлива и сократить количество отходов, отправляемых на свалки.

По словам компаний, это также экономика замкнутого цикла. В отличие от печей, электрификация и энергоэффективность более доступны: с недавнего времени успехом пользуется технология рекуперации отработанного тепла (WHR), которая использует тепло от печей для производства электроэнергии.

Переработка сырья и продление срока службы бетона

Еще один способ — замена материалов, используемых для производства бетонных наполнителей. Как и во всех цепочках поставок, сокращение естественного извлечения достигается за счет вторичной переработки.

Отходы старого бетона, вероятно, являются наиболее важным кандидатом на повторное использование в новом. Его применение позволит сберечь природные ресурсы и в то же время сократить свалки.

Исследователи выяснили, какие материалы подойдут для изготовления наполнителей — ими оказались древесина, использованные шины, пластик, отходы бумажного производства, а также сельскохозяйственные отходы, такие как зола, жмых, пробка, скорлупа арахиса и зола рисовой шелухи.

Таким образом, продление и без того длительного срока службы бетона может способствовать уменьшению его воздействия на окружающую среду. В последнее время интерес завоевывают новые исследования по включению в бетон бактерий, которые помогают активизировать процессы самовосстановления и предотвращения образования трещин.

Рециркуляция воды

В некоторых странах рециркуляция воды уже является законодательным требованием. Чаще всего в промышленных условиях компании прибегают к закрытым системам, которые рециркулируют воду, используемую в производственных процессах и для мытья оборудования. Это также имеет очевидные экономические выгоды.

Одним из примеров, все чаще встречающихся в каталогах производителей, является водопроницаемый бетон, пропускающий воду без изменения водного цикла. Это ограничивает гидроизоляцию почвы, а в городах способствует уменьшению эффекта теплового острова.

Однако одних технологических инноваций мало для обеспечения экологического перехода. Свою роль пытались сыграть государственные институты: от Китая, чей 13-й пятилетний план направлен на снижение теплоемкости производства, до европейской схемы торговли выбросами и правил энергоэффективности.

Но этого недостаточно, если не будут срабатывать «реакции» со стороны рынка. В первую очередь, сами крупные компании-потребители бетона должны развивать спрос на низкоуглеродные строительные материалы.

По материалам: greenbiz.comnature.comted.comrenewablematter.eu

Читать далее
Как работает...

О мифах, которые появились в последнее время вокруг мусоросжигательных заводов, мы уже писали, а сегодня расскажем о принципе работы завода - от приема отходов до получения электроэнергии. На завод приезжают уже отсортированные отходы, т.е. все то, что нельзя переработать. На въезде на территорию...

13 Февраля 2018
Три буквы российской...

С 1919 года «ЗиО-Подольск» производит энергетическое оборудование для важнейших предприятий страны, с 1919 года продукция «ЗиО-Подольск» — это знак...

20 Апреля 2018
Йемен. Как деревня...

Еще в начале 2000-х столица Йемена, город Сана, напоминал обыкновенную деревню с захламленными улицами, толпами нищих и стадами баранов посреди городской площади. Поход с мусорным мешком к контейнеру...

30 Января 2018
Сообщение