Одна из крупнейших в мире отраслей – и ведущий производитель выбросов парниковых газов – может, наконец, предпринять шаги по борьбе с изменением климата.
Всемирная цементная ассоциация недавно провела свой первый в истории глобальный форум по изменению климата, на котором лидеры отрасли и ученые обсудили стратегии сокращения выбросов углекислого газа в отрасли. Это поможет разработать план действий по борьбе с изменением климата, который АВП намеревается выпустить в сентябре, направленный на определение путей производства низкоуглеродистого цемента.
«Глобальный форум по изменению климата ясно показал важность развития инноваций, если мы хотим иметь хоть какую-то надежду на достижение своих климатических целей», — сказал в своем заявлении Бернар Матье, директор программы по изменению климата АВП.
В то время, как отрасли всех видов изучают способы уменьшения своего углеродного следа, цементная промышленность – как бы неприглядно это ни звучало – является одной из наиболее важных сторон, желающих присоединиться к дискуссии.
Цемент является наиболее широко используемым из существующих искусственных материалов – он образует бетон при смешивании с водой и используется при строительстве всего: от зданий и мостов до дорог, тротуаров и всех видов другой инфраструктуры.
Но хотя цемент во многом сформировал современную строительную среду, он также является огромным источником углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу. По оценкам Международного энергетического агентства, на его долю в одиночку приходится около 7 процентов всех глобальных выбросов углерода. Это делает ее вторым по величине промышленным элементом в мире, уступая только металлургии.
Этой проблеме часто уделяется мало внимания общественности. Но беспокойство среди ученых растет. По некоторым оценкам, по мере роста мирового населения к 2050 году производство цемента может вырасти на 23 процента. Некоторые эксперты предполагают, что, если промышленность не сократит выбросы, это может поставить под угрозу глобальные климатические цели.
В апрельском отчете Международного энергетического агентства (МЭА) и возглавляемой отраслью Инициативы по устойчивому развитию цемента отмечается, что отрасль в ее нынешнем виде не соответствует траекториям, которые позволили бы миру достичь целевого показателя температуры в 2 градуса Цельсия. Достижение этой цели, как предполагается в отчете, «предполагает значительно большие усилия по сокращению выбросов от производителей цемента».
ГОНКА ЗА РЕШЕНИЯМИ
Портландцемент – наиболее широко используемый тип цемента во всем мире и продукт, указанный во многих современных строительных нормах – был запатентован почти 200 лет назад и стал важным компонентом строительной среды. По словам Гаурава Сэнта, профессора гражданской и экологической инженерии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, с тех пор в производственном процессе мало что изменилось.
Это глобальная проблема для климата, потому что в процессе выделяется большое количество углекислого газа. Огромный углеродный след отрасли отчасти объясняется ее высокими потребностями в топливе, которые в основном удовлетворяются за счет ископаемого топлива. Но более половины его выбросов – а по некоторым оценкам, возможно, целых две трети – на самом деле происходит от самого процесса химического производства, в результате которого выделяется большое количество углекислого газа в качестве побочного продукта.
Портландцемент производится в значительной степени из известняка. Тип породы, который состоит в основном из химического соединения, называемого карбонатом кальция. По словам эксперта по гражданской и экологической инженерии Клэр Уайт из Принстонского университета, для производства липкого связующего цемента известняк должен быть нагрет до высоких температур – около 1500 ° C.
Она отметила, что сам по себе интенсивный процесс нагрева требует огромного количества топлива. Но это также вызывает химическое разложение известняка, оставляя после себя соединение, которое называется оксидом кальция. Оно используется в конечном цементном продукте и выделяет углекислый газ в атмосферу.
Конкретная формула, используемая для цемента, и тот факт, что он оставался неизменным в течение столь долгого времени, делают отрасль необычайно сложной, когда дело доходит до борьбы с изменением климата. В комментарии, опубликованном в прошлом месяце в журнале Science, оцениваются различные процессы, которые нельзя провести без выделения углерода. В нем отмечается, что решение проблемы цемента не имеет единого решения – для этого потребуются различные подходы, включая серьезные изменения как в используемых материалах, так и в самом производственном процессе.
В последние годы проблема привлекла внимание крупных международных организаций, некоторые из которых в настоящее время консультируют промышленность о способах сокращения выбросов углекислого газа. В апрельском отчете МЭА содержалась дорожная карта по низкоуглеродным технологиям, направленная на сокращение выбросов цементной промышленности на 24 процента к 2050 году. В отчете излагаются различные стратегии, которые могут помочь в достижении этой цели – все от альтернативных видов топлива до технологий улавливания углерода и новых химических рецептов для сам цементный продукт.
Исследовательские группы по всему миру уже занимаются многими из этих проблем. Некоторые группы работают над химическими формулами, которые уменьшили бы количество «клинкера» — вещества, которое требует нагревания известняка, — который попадает в цемент.
Уайт, инженер из Принстона, возглавляет университетскую группу по устойчивому производству цемента, которая работает над способами полного устранения потребности в клинкере. Она отметила, что можно производить цементоподобные продукты, используя другие вещества, в том числе вторичные побочные продукты из других отраслей, такие как вторичные вещества от производства стали, летучая зола от угольных предприятий или определенные типы глин. Обработка этих веществ щелочью «может сделать порошки реактивными, — сказал Уайт, — и мы можем сформировать аналогичные строительные блоки на молекулярном уровне по сравнению с бетоном из портландцемента».
Другие исследователи сосредотачиваются на другой тактике. Сант, инженер Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, участвует в исследовательской группе, разрабатывающей продукт, который они назвали « CO2NCRETE ». Этот процесс основан на «повторном использовании углерода» – использовании выбросов CO2, улавливаемых промышленной деятельностью, для производства цементоподобного и потенциально углеродно-нейтрального строительного материала. Процесс CO2NCRETE уникален тем, что он позволяет использовать выбросы углерода как есть, без необходимости дополнительной обработки.
Другие эксперты отмечают, что бетон естественным образом поглощает углекислый газ. Это медленный процесс, но в течение десятилетий он может поглотить значительную часть выбросов, которые он выбрасывает в атмосферу, в первую очередь в результате процесса нагрева известняка.
В статье, опубликованной в Nature Geoscience в 2016 году, говорится, что бетон в мире поглощает около 43 процентов этих исходных выбросов. Могут быть некоторые способы ускорить или усилить этот процесс поглощения – это область, на которой сосредоточена исследовательская группа.
Стивен Дэвис, специалист по земным системам из Калифорнийского университета в Ирвине, один из авторов статьи Nature Geoscience, отметил, что абсорбционная способность бетона подразумевает, что могут быть способы сделать производство цемента отрицательным для углерода.
Если бы все предприятия по производству цемента были оснащены, например, технологиями улавливания и хранения углерода, то значительный объем выбросов, производимых на месте, мог бы не попасть в атмосферу. Позже полученный бетон будет впитывать еще больше углекислого газа, что в конечном итоге может привести к “чистому” выбросу в атмосферу.
В то время как различные исследовательские группы фокусируются на разных подходах, технологическая дорожная карта МЭА предполагает, что сокращение выбросов достаточно быстро, чтобы помочь достичь глобальных климатических целей, потребует различных стратегий, работающих вместе. По мнению Уайт, это, вероятно, самый удачный подход.
«Могут быть лидеры с точки зрения того, что может помочь или что мы можем использовать в ближайшем будущем, но это не значит, что нам не следует искать более инновационные материалы в будущем. Это не просто одна технология, на которую нам нужно обратить внимание, чтобы бороться с проблемами устойчивости, связанными с бетонной промышленностью».
