Het belangrijkste bestanddeel van cement, de productie van klinkers, kan zeer vervuilend zijn
Heb je gehoord van klinker? Deze naam klinkt misschien niet bekend, maar houd er rekening mee dat deze veel vaker voorkomt dan u denkt. Gebouwen, huizen, trottoirs, podia en eigenlijk alle civiele bouwwerken zijn afhankelijk van cement als een van de basismaterialen ... En klinker is het belangrijkste bestanddeel van de samenstelling van cement.
Klinker is een korrelig en stijf materiaal, zoals te zien is in de onderstaande afbeelding. In het algemeen kan worden gezegd dat klinker wordt beschouwd als een homogeen poeder (bloem), van verschillende grondstoffen, gemalen en gemengd, dat bij blootstelling aan extreem hoge temperaturen in steen verandert. Het productieproces van deze stoffen is verre van eenvoudig en kan aanzienlijke gevolgen hebben voor het milieu.
Productieproces
Portland-klinker of Portland-klinker, zoals het ook wordt genoemd, wordt verkregen door grondstoffen te verbranden die zijn gemalen in een draaioven bij temperaturen tot 1450 ° C. De belangrijkste grondstof voor het maken van klinkers is kalksteen en daarnaast worden in mindere mate klei en ijzer en aluminiumoxiden gebruikt.
De eerste stap is dus het extraheren en "verfijnen" van deze grondstoffen. De kalksteenrotsen ondergaan een vergruizings- en vergruizingsproces nadat ze zijn geëxtraheerd, totdat een fijn poeder is verkregen. Vervolgens wordt een homogeen mengsel gemaakt met alle benodigde grondstoffen. Dit mengsel verwijst ook naar een fijn poeder en wordt "bloem" of "rauw" genoemd.
Dit materiaal wordt vervolgens in een draaitrommeloven gebracht waar het wordt verwarmd tot een temperatuur van 1450 ° C, waarna er klinker ontstaat.
De brandstoffen die de ovens voeden, zijn in de meeste gevallen afkomstig van niet-hernieuwbare bronnen, zoals olie en steenkool, wat een negatieve bijdrage levert aan de risico's en effecten op het milieu. Van de meest gebruikte brandstoffen vallen sommige op, zoals petroleumcokes en benzine, en andere gasvormige, zoals aardgas. Onder deze is petroleumcokes de belangrijkste brandstof die wordt gebruikt om klinker te vervaardigen, en dit komt door de hoge calorische waarde die gepaard gaat met de lage aanschafkosten. Naast deze traditionele brandstoffen kunnen ook industriële en biomassaresten en -afval, houtskool en landbouwresten worden gebruikt om de ovens te voeden.
Nadat het door de oven is gegaan, wordt dit materiaal abrupt afgekoeld door windstoten om zijn structuur te stabiliseren en warmte terug te winnen. Zo ontstaat klinker, het basismateriaal dat nodig is voor de productie van cement. Na dit proces wordt het verkregen materiaal (klinker) gemengd met gips (gips) en andere toevoegingen (zoals kalksteen, puzzolaan of slak) waardoor de verschillende soorten cement ontstaan.
Het is belangrijk om te benadrukken dat tijdens de hoge temperaturen die in de draaiovens worden bereikt, de chemische reactie van calcinering van de kalksteen plaatsvindt. Dit proces verwijst naar het moment waarop het kalksteengesteente (CaCO3) wordt omgezet in virgin kalk (CaO), waarbij grote hoeveelheden CO2-gas vrijkomen.
Milieueffecten
Daarom wordt aangenomen dat het productieproces van klinkers een hoog vervuilend potentieel heeft en verantwoordelijk is voor aanzienlijke milieueffecten.
Het proces als geheel vereist een hoog energieverbruik, zowel in de vorm van thermische energie, door brandstoffen te verbranden om draaitrommelovens te verwarmen, als in de vorm van elektrische energie, die wordt verbruikt in het hele industriële proces om machines te verplaatsen en te maken. draai de ovens. Het grootste deel van dit verbruik heeft echter betrekking op het verbruik van thermische energie tijdens het gebruik van brandstoffen.
Hoewel het fabricageproces van dit materiaal niet direct vast afval produceert, aangezien de as van de verbranding van brandstoffen in de draaioven normaal in de klinker zelf wordt opgenomen, is er een hoge emissie van gasvormige verontreinigende stoffen en deeltjesvormig materiaal tijdens de fabricage van de klinker.
Bij het verbranden van brandstoffen in de ovens, meestal uit niet-hernieuwbare bronnen, komen verschillende vervuilende gassen vrij, zoals kooldioxide, zwaveloxide, stikstofoxide, koolmonoxide, loodverbindingen en fijnstof, die allemaal verontreinigende stoffen.
En, naast deze bekende emissiebron, zoals eerder vermeld, is de calcinering van kalksteen ook een van de belangrijkste factoren die verantwoordelijk zijn voor de emissie van kooldioxide in het productieproces van klinkers, en dus ook van cement, aangezien voor elke 1.000 kg Gecalcineerd calciet (CaCO3) genereert volgens een studie 560 kg CaO en 440 kg CO2. De chemische reactie van calcineren is verantwoordelijk voor ongeveer de helft van de CO2-uitstoot in dit proces, terwijl het verbruik van energie in de vorm van warmte (verbranding van brandstoffen) voor de rest zorgt.
Om een ton klinker te produceren, stoot de cementindustrie naar schatting tussen de 800 en 1.000 kilogram kooldioxide uit, inclusief de CO2 die wordt gegenereerd door de afbraak van kalksteen en het verbranden van fossiele brandstof om de ovens draaiende te houden.
Bovendien kunnen tijdens de eerste fase van de winning van grondstoffen ook fysieke effecten optreden, zoals aardverschuivingen in kalksteengroeven en erosies door trillingen op de grond. En de winning van klei in rivieren kan leiden tot verdieping van deze waterlopen, waardoor de hoeveelheid water in de bodems afneemt en de habitats daar worden verstoord, waardoor de biodiversiteit van verschillende regio's afneemt.
In Brazilië wordt op basis van gegevens van de United States Geological Survey (USGS - Geological Survey of the United States, in Portugees) en de US Energy Information Administration (EIA - Energy Information Administration van de Verenigde Staten) geschat dat cement is verantwoordelijk voor tot 7,7% van de nationale CO2-uitstoot die wordt gegenereerd door de verbranding van fossiele brandstoffen, waarbij de productie van klinkers de belangrijkste bron van deze uitstoot is.
Alternatieven
Coprocessing
Een alternatief dat de impact van dit productieproces probeert te minimaliseren, is coprocessing. Coprocessing kwam naar voren als een strategie om de economische prestaties (lager energieverbruik) van de cementindustrie te verbeteren. Deze techniek bestaat uit het voeden van de draaitrommeloven met afval uit andere industrieën, waarbij steeds minder fossiele brandstoffen worden gebruikt en ook de productie van afval wordt verminderd.
Er wordt gebruik gemaakt van eerder geselecteerde materialen, die niet recyclebaar zijn (dat wil zeggen afval), die een hoge calorische waarde hebben en die volledig moeten worden geëlimineerd. Volgens sommige nationale bedrijven wordt er bij dit proces geen vloeibaar of vast afvalwater gevormd, aangezien de as die voorheen naar stortplaatsen zou worden gestuurd, nu in de klinker wordt verwerkt zonder hun prioriteiten te wijzigen.
Zo kunnen verschillende materialen worden meegewerkt, zoals banden, vetten, afgewerkte oliën, zaagsel, groenteresten, vervuilde grond en verpakkingen. Ziekenhuis-, huishoudelijk, radioactief, explosief en pesticidenafval wordt niet gebruikt. Specifiek over banden en rijstschillen publiceerden onderzoekers Miguel Afonso Sellitto, Nelson Kadel Jr., Miriam Borchardt, Giancarlo Medeiros Pereira en Jeferson Domingues, van Unisinos, een artikel in het tijdschrift Ambiente & Sociedade (lees het volledige artikel hier) over het hergebruik hiervan materialen bij de productie van cement;
Het is belangrijk te benadrukken dat de Nationale Milieuraad (Conama) aanbeveelt dat de cementfabriek voor het verbranden van afval in klinkerovens alle technische en omgevingsvoorwaarden moet bieden om aan de vereiste emissienormen te voldoen. In die zin moet het beschikken over: een moderne productielijn, een stabiel, gereguleerd en geoptimaliseerd productieproces; zeer efficiënte apparaten voor het vasthouden van deeltjes en voor het wassen van gassen die ontstaan bij verbranding; en branders die speciaal zijn ontworpen voor verschillende soorten brandstoffen.
Verandering in de formulering van klinkers
Een ander alternatief dat wordt gevonden om de CO2-uitstoot tijdens de productie van klinkers te helpen verminderen, is het creëren van een nieuw "recept" voor klinkers. Om het CO2-verbruik tijdens de samenstelling te verminderen, begonnen de cementindustrieën een deel van dit materiaal te vervangen door hoogovenslakken - een residu uit de staalindustrie - en ook door vliegas - residu van kolencentrales.
Het grootste probleem bij dit alternatief is het feit dat de staalindustrie - die ook veel CO2 uitstoot - en de productie van vliegas niet met dezelfde snelheid groeien als cementbedrijven, waardoor langetermijnstrategieën niet haalbaar zijn.
Vanwege deze beperking gebruikt de cementindustrie al decennia lang een ander kandidaat-materiaal om klinker gedeeltelijk te vervangen in zijn formulering: kalksteenpoeder of 'ruwe kalksteenvulstof'. De vulstof is een grondstof die geen warmtebehandeling (calcinering) vereist - een proces dat een hoog energieverbruik vereist en verantwoordelijk is voor de meeste CO2-uitstoot van de cementindustrieën.
Afvang van kooldioxide
Technieken voor het afvangen en opslaan van koolstof zijn uitermate belangrijk om de uitstoot van dit broeikasgas in de atmosfeer te verminderen. Deze technieken gebruiken fysisch-chemische mechanismen om deze verontreinigende stof te scheiden en andere compressietechnieken om de kooldioxide die wordt uitgestoten door vaste bronnen, zoals de klinkeroven, geologisch op te slaan die wordt gebruikt bij de productie van cement.
In deze context moet kooldioxide worden afgevangen en opgeslagen voordat het in de atmosfeer terechtkomt. Hiervoor zouden de industrieën moeten investeren in nieuwe technologieën en aanpassing van hun fabrieken, wat een grote investering zou vergen, met als gevolg een toename van het eindproduct.
