Экологическое строительство: новые технологии для производства менее загрязняющего цемента

Растущий спрос на жилье в большинстве крупных городов мира все больше противоречит усилиям по сокращению выбросов парниковых газов, поскольку буквально строительные блоки – бетон и цемент – в строительных проектах чрезвычайно загрязняют окружающую среду.

По данным консалтинговой компании McKinsey, примерно 7% всех выбросов углекислого газа сегодня приходится на производство цемента, что делает его одним из промышленных секторов с самым высоким уровнем выбросов.

Еженедельный обзор экологических, социальных и управленческих вопросов и стратегий для лиц, принимающих корпоративные решения.

«Бетон — важный строительный материал», — сказал Клод Лореа, директор по цементу, инновациям и ESG Глобальной ассоциации цемента и бетона. «Три четверти инфраструктуры, которая будет существовать в 2050 году, еще не построены».

Около 90% выбросов традиционного портландцемента приходится на производство клинкера — связующего вещества, удерживающего вместе воду, гравий и песок, — который составляет почти три четверти конечного продукта.

Обычно клинкер изготавливается путем нагревания известняка и глины во вращающейся печи до температуры выше 2700 градусов по Фаренгейту. Уголь часто используется для питания этих печей. Около двух третей выбросов клинкера выделяется известняком при нагревании, а остальная часть приходится на сжигание топлива для создания тепла.

Этот процесс повторялся на протяжении тысячелетий, но теперь компании стремятся изменить его. Подходы к решению проблемы включают повышение энергоэффективности, использование более чистых видов топлива, улавливание образующихся выбросов углекислого газа и переход на альтернативное сырье.

Одним из способов повышения устойчивости производства цемента в отрасли является повышение эффективности.

Британский стартап Carbon Re стремится оптимизировать использование топлива за счет использования искусственного интеллекта и машинного обучения. По словам соучредителя Carbon Re Эйдана О'Салливана, одной из главных проблем отрасли являются потери топлива, который сказал, что разное качество угля означает, что большинство производителей часто используют его слишком много для производства клинкера.

Стартап анализирует фактическое использование топлива рядом производителей, чтобы обучить свой алгоритм машинного обучения прогнозированию оптимального топлива, необходимого для данного источника топлива и производственной цели. «Мы стремимся оптимизировать процесс потребления топлива, чтобы вы использовали ровно столько энергии, чтобы получить необходимую химическую реакцию», — сказал он.

Небольшие улучшения могут привести к значительному эффекту выбросов. «Экономия топлива на 2% означает экономию десятков тысяч тонн углерода на одном заводе», — сказал О'Салливан. Он добавил, что это развитие имеет и более широкие последствия: «Существует огромная возможность использовать ИИ в тяжелой промышленности, где их вклад составляет 20% выбросов углерода».

Другие стремятся вообще сменить тип топлива. Cemex, один из крупнейших в мире производителей цемента, сотрудничает со швейцарской компанией Synhelion для производства клинкера с использованием солнечной энергии, а не угля. В прошлом году обе компании заявили, что их пробный проект в Испании производит клинкер без использования ископаемого топлива.

Согласно этому подходу, зеркала концентрируют солнечный свет в солнечном приемнике Synhelion, который используется для нагрева печи до температуры около 2700 градусов по Фаренгейту для создания клинкера без использования ископаемого топлива. «Мы отказываемся от сжигания ископаемого топлива, одновременно получая высокотемпературное тепло», — сказал Джанлука Амбросетти, один из исполнительных директоров и соучредитель Synhelion.

Обе компании сейчас работают над тем, чтобы выяснить, можно ли реализовать этот процесс в непрерывном цикле, добавив к нему хранилище тепловой энергии. К 2030 году компания намерена начать коммерческое производство клинкера на солнечной энергии.

Synhelion также планирует добавить в свою модель улавливание углерода для поглощения CO2, выделяемого известняком, а также сократить выбросы в результате сгорания для производства тепла.

Международное энергетическое агентство рассматривает улавливание, использование и хранение углерода как средство сокращения выбросов в промышленности, но на данный момент его внедрение идет медленно. В своем сценарии «Чистые нулевые выбросы к 2050 году» МЭА заявляет, что «8% CO2 в этом секторе необходимо хранить во всем мире к 2030 году, по сравнению с незначительными уровнями сегодня. Но прогресс в развертывании и инвестициях в этой области пока ограничен, поскольку эти технологии сегодня все еще находятся на относительно ранних стадиях развития».