0 просмотров

Вопросы и ответы: почему выбросы цемента влияют на изменение климата

Если бы цементная промышленность была страной, она была бы третьим по величине источником выбросов в мире.

В 2015 году он произвел около 2,8 млрд тонн CO2, что эквивалентно 8% от общего объема выбросов в мире — больше, чем в любой другой стране, кроме Китая или США.

Использование цемента будет расти, поскольку глобальная урбанизация и экономическое развитие увеличивают спрос на новые здания и инфраструктуру. Цементная промышленность, как и другие отрасли мировой экономики, должна будет резко сократить свои выбросы, чтобы достичь температурных целей Парижского соглашения. Однако до сих пор был достигнут лишь ограниченный прогресс.

  • Что такое цемент?
  • Почему цемент выделяет так много CO2?
  • В каких странах высокие выбросы цемента?
  • Сократились ли выбросы цемента?
  • Насколько можно сократить выбросы цемента?
  • Могут ли «новые» цементы сократить выбросы?
  • Каковы барьеры для низкоуглеродистых цементов?
  • Можно ли снизить спрос на цемент?
  • Регулируются ли выбросы цемента?
  • Цементная промышленность принимает меры?
Статья в тему:  Как будет проходить модернизация инфраструктуры с глобальным потеплением

Сокращение выбросов от цемента. Инфографика Розамунд Пирс для Carbon Brief.

Сокращение выбросов от цемента. Инфографика Розамунд Пирс для Carbon Brief.

Что такое цемент?

Цемент используется в строительстве для соединения других материалов. Он смешивается с песком, гравием и водой для производства бетона, наиболее широко используемого строительного материала в мире. Ежегодно используется более 10 миллиардов тонн бетона.

Промышленным стандартом является тип, называемый портландцементом. Он был изобретен в начале 1800-х годов и назван в честь строительного камня, широко использовавшегося в то время в Англии. Сегодня он используется в 98% бетона во всем мире, при этом ежегодно производится 4 миллиарда тонн.

Производство портландцемента, выполняющего роль связующего, является важным этапом в производстве портландцемента. Известняк (CaCO3) «прокаливается» при высоких температурах в цементной печи для получения извести (CaO), что приводит к выбросу CO2 в виде отходов. В целом происходит следующая реакция:

Почему цемент выделяет так много CO2?

Около половины выбросов при производстве цемента являются технологическими выбросами, возникающими в результате описанной выше реакции. Это основная причина, по которой выбросы цемента часто считаются трудными для сокращения: поскольку этот CO2 высвобождается в результате химической реакции, его нельзя устранить путем замены топлива или повышения эффективности.

Еще 40% выбросов цемента приходится на сжигание ископаемого топлива в печах для нагрева до высоких температур, необходимых для этого процесса обжига. Последние 10% выбросов происходят от топлива, необходимого для добычи и транспортировки сырья.

Статья в тему:  Как потеря деревьев влияет на глобальное потепление

Таким образом, выбросы цемента в значительной степени зависят от доли клинкера, используемого в каждой тонне цемента. Тип топлива и эффективность оборудования, используемого при производстве клинкера, также оказывают влияние.

Между тем, по прогнозам, площадь зданий в мире удвоится в следующие 40 лет. Это означает, что к 2030 году производство цемента вырастет примерно до 5 млрд тонн, что на 25% больше, чем сегодня, и более чем в четыре раза превысит уровень 1990 года.

Таким образом, одного повышения эффективности будет недостаточно для значительного сокращения выбросов в этом секторе.

В каких странах высокие выбросы цемента?

Китай, безусловно, является крупнейшим производителем цемента, за ним следует Индия и объединенные страны ЕС, как показано на приведенном ниже графике из недавнего отчета Chatham House. Три четверти производства цемента с 1990 года приходилось на Китай, который в период с 2011 по 2013 год использовал больше цемента, чем США за весь 20 век.

Сложенные линейные диаграммы, показывающие производство цемента и выбросы с 2010 по 2015 год. Источник: анализ Olivier et al. (2016) от Chatham House.

Производство цемента и выбросы с 2010 по 2015 гг. Источник: Анализ Olivier et al. (2016) от Chatham House.

В Китае также наблюдается высокий уровень производства цемента в расчете на душу населения, поскольку он переживает быструю урбанизацию, когда многие люди переезжают в высотные или малоэтажные здания, построенные из цемента. Тем не менее, потребление в Китае может быть близко к выравниванию.

Статья в тему:  Как глобальное потепление повлияет на туризм в Гренландии

Напротив, потребление в Индии значительно возрастет, поскольку страна, в свою очередь, быстро урбанизируется и строит инфраструктуру. Ожидается, что наибольший рост в будущем произойдет в Индии и других странах с формирующимся рынком.

CR57BE Мужчина поднимает поддон с цементом на строительные леса, строительство кирпичных домов для семей, чьи дома были разрушены во время наводнения 2010 года.

Мужчина поднимает лоток с цементом на строительные леса, Пенджаб, 2011 г. Фото: imageBROKER/Alamy Stock Photo.

По данным Chatham House, в Европе существующие печи способны удовлетворить будущий спрос на цемент. Европейские производители цемента также являются одними из самых передовых в плане использования альтернативных видов топлива. Однако более старое оборудование отстает от Индии и Китая по энергоэффективности.

Точно так же США, четвертый по величине потребитель цемента, отстает от других крупных производителей с точки зрения энергоэффективности и доли клинкера.

Сократились ли выбросы цемента?

По данным Chatham House, средняя интенсивность выбросов CO2 при производстве цемента — выбросы на тонну продукции — за последние несколько десятилетий снизилась на 18% во всем мире. Однако выбросы сектора в целом значительно выросли, а спрос утроился с 1990 года.

До сих пор прогресс был достигнут в трех основных областях. Во-первых, более эффективные печи для обжига цемента сделали производство менее энергоемким. Это может улучшиться еще больше: среднее мировое потребление энергии на тонну цемента по-прежнему примерно на 20% выше, чем производство с использованием наилучших доступных технологий и практики.

Во-вторых, использование альтернативных видов топлива также снизило выбросы – например, использование биомассы или отходов вместо угля. Это особенно характерно для Европы, где около 43% потребления топлива в настоящее время приходится на альтернативы, сообщает Chatham House.

Статья в тему:  Что глобальное потепление сделает с прибрежными районами штата Мэн

В-третьих, сокращение доли портландцемента в цементе также привело к сокращению выбросов. По данным Chatham House, цементы с высоким содержанием смесей могут сократить выбросы на килограмм до четырех раз. Клинкер можно заменить другими цементоподобными материалами, в том числе отходами от сжигания угля и производства стали. Однако это может повлиять на свойства цемента, поэтому подходит только для некоторых конечных целей.

Среднее мировое соотношение клинкера (клинкер:цемент) упало до 0,65 в 2014 году с большим диапазоном от 0,57 в Китае до 0,87 в Евразии.

По данным Международного энергетического агентства (МЭА), после нескольких десятилетий прогресса интенсивность выбросов CO2 в цементе мало изменилась с 2014 по 2016 год. Это связано с тем, что повышение энергоэффективности было компенсировано небольшим увеличением доли клинкера.

Тем не менее, общие выбросы цемента в последние годы оставались неизменными или снижались, поскольку спрос в Китае стабилизировался.

BioMason использует бактерии для выращивания цементных кирпичей, которые, по ее словам, могут улавливать углерод.

BioMason использует бактерии для выращивания цементных кирпичей, которые, по ее словам, могут улавливать углерод. Предоставлено: биоМАСОН, Inc.

Насколько можно сократить выбросы цемента?

МЭА и Инициатива по устойчивому развитию производства цемента (CSI) недавно выпустили новую дорожную карту по снижению выбросов углерода, показывающую, как, по их мнению, выбросы могут быть сокращены в соответствии со сценарием «2C» и сценарием «ниже 2C». Дорожная карта предполагает, что к 2050 году спрос на цемент вырастет на 12-23%.

Статья в тему:  Как сделать презентацию о глобальном потеплении

Для сценария 2C — в соответствии с 50-процентной вероятностью ограничения роста глобальной температуры до 2C по сравнению с доиндустриальным уровнем к 2100 году — в дорожной карте говорится, что необходимо сократить выбросы цемента на 24%. (Стоит отметить, что это не соответствует Парижскому соглашению, которое призывает к тому, чтобы повышение температуры оставалось как минимум «намного ниже» 2°C.)

Дорожная карта опирается на четыре области действий по сокращению этих выбросов.

Три из них представляют собой стратегии, которые ранее применялись цементной промышленностью для ограничения выбросов, а именно: повышение энергоэффективности, использование топлива с низким уровнем выбросов и более низкое содержание клинкера.

Например, дорожная карта устанавливает целевое среднее глобальное соотношение клинкера на уровне 0,60 к 2050 году по сравнению с 0,65. Это серьезная проблема: Chatham House отмечает, что к 2050 году потребуется примерно на 40% больше заменителей клинкера, чем сегодня, в то время, когда доступность традиционных заменителей — летучей золы и доменного шлака — вероятно, начнет падать.

Четвертое направление — «инновационные технологии», что, по сути, является сокращением сокращения выбросов за счет улавливания и хранения углерода (CCS). Это еще не использовалось в цементной промышленности (испытания стержней), но дорожная карта предполагает, что интеграция УХУ в цементном секторе достигнет коммерческого масштаба к 2030 году. Неопределенность в отношении потенциала быстрого расширения УХУ и его высокая стоимость являются основными барьеры на пути его использования для сокращения выбросов бетона.

Статья в тему:  Когда глобальное потепление уничтожит людей

На приведенной ниже диаграмме показан анализ Chatham House дорожной карты цемента IEA и CSI. Красная пунктирная линия показывает сокращение выбросов на 24% в соответствии со сценарием 2C (2DS) к 2050 году.

Линейный график, показывающий способы сокращения выбросов цемента, ведущие к «парижскому» пути

Способы сокращения выбросов цемента, ведущие к «парижскому» пути.Показаны три сценария: «сценарий эталонной технологии» (RTS), «сценарий 2C» (2DS) и «сценарий за пределами 2C» (B2DS). Источник: анализ Chatham House, подготовленный IEA и CSI Technology Roadmap (2018 г.).

В дорожной карте также изложен сценарий «выше 2C» (B2DS; фиолетовая пунктирная линия выше), в соответствии с которым потребуется гораздо более высокое сокращение выбросов на 60%. В дорожной карте говорится, что здесь доля общих выбросов CO2 от цемента, улавливаемых CCS, должна увеличиться более чем в два раза по сравнению со сценарием 2C, до 63% в 2050 году. Он отмечает, что этого «будет сложно достичь».

Chatham House также отмечает, что потребуются более резкие сокращения, «если предположения о вкладе технологий CCS окажутся оптимистичными». В нем говорится:

«Для выхода за пределы 2DS потребуются преобразующие действия по замене клинкера, новым цементам и CCS, а также развертывание множества подходов со стороны спроса за пределами сектора для снижения общего потребления. Они также становятся более важными, если CCS оказывается слишком сложным для масштабирования».

Могут ли «новые» цементы сократить выбросы?

Некоторые компании исследуют «новые» цементы, которые полностью устраняют необходимость в портландклинкере. Если бы они могли соперничать по стоимости и характеристикам с портландцементом, они бы предложили способ значительного сокращения выбросов.

Статья в тему:  Как глобальное потепление повлияет на эволюцию видов?

Однако ни один из них еще не получил широкомасштабного коммерческого использования и в настоящее время используется только в нишевых приложениях. Кроме того, инновации в этом секторе, как показывает глобальный патентный поиск, проведенный Chatham House, обычно сосредоточены на постепенных изменениях, с ограниченным вниманием к новым цементам.

Например, цементы на основе геополимеров находятся в центре внимания исследований с 1970-х годов. В них не используется карбонат кальция в качестве ключевого ингредиента, они затвердевают при комнатной температуре и выделяют только воду. Zeobond и banahUK входят в число компаний, производящих их, и обе заявляют о сокращении выбросов примерно на 80-90% по сравнению с портландцементом.

Есть также несколько фирм, разрабатывающих цементы «углеродного отверждения», которые при затвердевании поглощают CO2, а не воду.Если это поглощение CO2 может быть сделано выше, чем CO2, выделяемый во время их производства, цементы потенциально могут использоваться в качестве поглотителей углерода.

Шлакоблок Solidia Concrete™.

Шлакоблок Solidia Concrete™. 1 кредит

Американская фирма Solidia, например, утверждает, что ее бетон выделяет на 70% меньше CO2, чем портландцемент, включая эту стадию секвестрации. В настоящее время фирма сотрудничает с крупным производителем цемента LafargeHolcim.

Точно так же британский стартап Novacem — дочерняя компания Имперского колледжа Лондона — заявил в 2008 году, что замена портландцемента его «углеродно-отрицательным» продуктом позволит отрасли стать чистым поглотителем выбросов CO2. Однако фирме не удалось собрать достаточно средств для продолжения исследований и производства.

Статья в тему:  Насколько прекращение вырубки лесов может повлиять на глобальное потепление

Другие фирмы используют совершенно другие материалы для производства цемента. Стартап Biomason из Северной Каролины, например, использует бактерии для выращивания цементных кирпичей, которые, по его словам, обладают такой же прочностью, что и традиционная каменная кладка, и улавливают углерод.

В приведенной ниже таблице от Chatham House обобщены этапы развития нескольких альтернативных технологий производства цемента.

Таблица низкоуглеродистых цементов на разных стадиях инновационного цикла. Источник: Чатем-Хаус (2018 г.).

Низкоуглеродистые цементы на разных стадиях инновационного цикла. Источник: Чатем-Хаус (2018 г.).

Каковы барьеры для низкоуглеродистого цемента?

Есть несколько причин, по которым малоклинкерные или новые цементы до сих пор не получили широкого распространения.

Эти технологии менее опробованы, чем портландцемент, который веками использовался в строительстве. Это приводит к сопротивлению со стороны потребителей цемента, особенно в секторе, который по понятным причинам ставит безопасность в приоритет. Многие из этих новых технологий также недостаточно развиты, чтобы получить широкое распространение.

Альтернативы также, как правило, имеют более ограниченное применение, а это означает, что не может быть единственной замены портландцементу. Поэтому их использование будет означать отход от предписывающих стандартов.В настоящее время почти все стандарты, нормы проектирования и протоколы испытаний цементных вяжущих и бетона основаны на использовании портландцемента, отмечает Chatham House. Он добавляет:

«Новые подходы и особенно новые отраслевые стандарты требуют много обсуждений и испытаний. Например, на утверждение и внедрение нового стандарта в ЕС могут уйти десятилетия».

Статья в тему:  Как глобальное потепление делает зимы холоднее

Однако недавние достижения в области испытаний материалов для бетона могут позволить лучше понять его химический состав, давая больше уверенности в корректировке отраслевых стандартов.

Альтернативные цементы также должны быть в состоянии конкурировать с портландцементом по стоимости, особенно в отсутствие сильного нормативного или политического давления, такого как цены на углерод. Но переход может потребовать инвестиций в новое оборудование или более дорогие материалы, на окупаемость которых может уйти несколько лет, говорит Chatham House.

Доступ к достаточному количеству сырья, необходимого для производства некоторых видов цемента, также является важным фактором. Например, местная доступность летучей золы — побочного продукта сжигания угля и одного из наиболее часто используемых заменителей клинкера — снижается по мере закрытия угольных электростанций.

Можно ли снизить спрос на цемент?

Снижение спроса на цемент также могло бы помочь ограничить выбросы, особенно в развивающихся странах. Например, Chatham House подчеркивает, как городские проекты, основанные на системе «капиллярной паутины» и пешеходах, а не автомобилях, могут использовать на треть меньше бетона. Точно так же принципы готических соборов были использованы для проектирования современных бетонных полов, которые на 70% легче, чем обычные аналоги.

Использование концепций «экономики замкнутого цикла», позволяющее повторно использовать модульные части зданий, также может сыграть свою роль, как и максимальное увеличение срока службы инфраструктуры. Китай, например, подвергся критике за строительство новых некачественных зданий, которые могут простоять только 25-30 лет, прежде чем их снесут.

Статья в тему:  В случае глобального потепления какие сделки выиграют

C8N8MK Красиво изогнутые и изогнутые бетонные ступени, образующие часть морской стены и морских укреплений на пляже Блэкпула.

Бетонные ступени, являющиеся частью морской стены и морских укреплений на пляже Блэкпул. Предоставлено: Manor Photography/Alamy Stock Photo.

Бетон в зданиях также можно заменить древесиной, что потенциально позволит улавливать и хранить CO2. Некоторые новые виды инженерной древесины, такие как ламинированная древесина, открывают больше возможностей для строительства. Однако экономия углерода за счет использования в зданиях древесины вместо стали и бетона не гарантируется.

Старый бетон также можно измельчить и повторно использовать в таких проектах, как дорожные работы. Однако бетон потеряет свои вяжущие свойства, если не будет произведен новый клинкер.

Регулируются ли выбросы цемента?

Цемент часто считается слишком сложным для обезуглероживания, наряду с другими секторами, такими как авиация и сталь. Как отмечается в одном недавнем отчете, если выбросы цемента вообще упоминаются в публичных дебатах, «как правило, это означает, что с ними мало что можно сделать».

В результате цементная промышленность столкнулась с меньшим политическим и коммерческим давлением по сравнению с энергетическим сектором, рассказывает Феликс Престон. Престон — старший научный сотрудник Chatham House и соавтор отчета по цементу. Он говорит, что в этом секторе по-прежнему доминирует горстка крупных фирм, которые контролируют большую часть рынка. Престон добавляет:

«[Эти фирмы] часто доминируют или очень влиятельны в географической области, а также на мировой арене. Я думаю, что это затруднило — и до сих пор трудно — настаивать на радикальных переменах. Они не обязательно видят немедленный стимул для принятия амбициозных мер».

Статья в тему:  Как глобальное потепление повлияет на эволюцию видов?

ЕС считает, что цемент подвергается значительному риску утечки углерода, а это означает, что он получает бесплатные квоты в Системе торговли выбросами ЕС (EU ETS). В преддверии реформ ЕС ETS 2017 года экологический комитет Европейского парламента (ENVI) безуспешно предлагал прекратить это бесплатное распределение. По словам Chatham House, введение минимальных цен на выбросы углерода, рассматриваемое в нескольких странах-членах, все еще может повлиять на сектор.

Ожидается, что китайская ETS будет включать цемент, хотя на первом этапе она будет охватывать только энергетический сектор.

Цементная промышленность принимает меры?

В рамках CSI производители, на долю которых приходится 30% мирового производства цемента, уже около двух десятилетий вместе работают над инициативами в области устойчивого развития, включая сокращение выбросов. На парижской конференции по климату группа объявила о планах сократить свои коллективные выбросы на 20-25% к 2030 году. Это будет уровень амбиций, аналогичный описанному выше сценарию «ниже 2C».

Тем временем Всемирная ассоциация производителей цемента (WCA) разрабатывает «План действий по изменению климата», который будет опубликован в конце этого месяца. Нынешние технологии могут обеспечить только половину сокращения выбросов CO2, необходимого для достижения цели 2C Парижского соглашения, недавно предупредила WCA делегатов на своем «Глобальном форуме по изменению климата» в Париже. Членская база WCA представляет собой более миллиарда тонн годовой мощности по производству цемента.

Статья в тему:  Как глобальное потепление делает зимы холоднее

Недавно созданная Глобальная ассоциация производителей цемента и бетона (GCCA) также хочет улучшить экологические показатели отрасли. Он должен взять на себя работу по устойчивому развитию, проделанную CSI в январе 2019 года.

Несколько цементных фирм также уже ввели внутреннюю цену на углерод или планируют ее ввести.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
0
Оставьте комментарий! Напишите, что думаете по поводу статьи.x
Adblock
detector