Цемент является самым распространенным строительным материалом в современном обществе. Изобретение цемента произвело революцию в истории человеческого строительства. Современные города и поселки — это леса из железобетона, которые изменили человеческий прогресс и облик планеты. Однако на фоне растущих глобальных проблем с климатом сырьевая модель производства цемента начинает подвергаться критике, и все больше стран вводят меры по ограничению выбросов углекислого газа цементной промышленностью. Поэтому сокращение загрязнения окружающей среды и выбросов углекислого газа в процессе производства цемента стало насущной проблемой для крупных производителей цемента.
Почему производство цемента вызывает большие выбросы CO₂?
Известняк (CaCO3) — ключевой ингредиент для производства портландцемента, но для этого камень нужно извлечь из земли, измельчить, а затем запечь при очень высокой температуре вместе с другими материалами. CaCO3 превращается в полезный CaO и бесполезный CO2 — процесс, который сам по себе приводит к более чем двум третям выбросов углерода при производстве цемента. В противном случае этот углекислый газ был бы надежно заперт на сотни миллионов лет, но по мере того как все больше и больше известняка выкапывалось и обжигалось для производства цемента, он попадал в атмосферу в огромных количествах. Исследования показали, что производство цемента может приводить к значительным выбросам углекислого газа — до 8 процентов от общего объема выбросов углекислого газа в мире, что все еще является заниженной оценкой.
В существующем производственном процессе НСК существует два источника углекислого газа для производства цемента: один из них образуется в результате сжигания ископаемого топлива, такого как уголь (32% выбросов), который обеспечивает высокую температуру для производства цемента; Второй — это химический процесс обжига клинкера из известняка во вращающейся печи (63 процента выбросов). В итоге клинкер измельчается и смешивается с другими материалами для получения цемента.
Как снизить выбросы углерода в цементной промышленности?
Для достижения низкоуглеродного производства цемента необходимы инновационные технологические прорывы в сырье, топливе, процессах и других аспектах. Пути сокращения выбросов углерода в цементной промышленности в основном включают:
1. Замена топлива
Сократите использование традиционных ископаемых видов топлива, таких как уголь, заменив их горючими отходами (мусор, биомасса) и инновационными источниками энергии, такими как зелёный водород и солнечная энергетика. Согласно данным, использование 40% альтернативного топлива при производстве цемента позволило бы сократить выбросы CO2 примерно на 100 000 тонн на каждый миллион тонн произведённого клинкера. На данный момент более двух третей цементных заводов в развитых странах Европы уже перешли на использование альтернативного топлива, а средний уровень замещения горючих отходов в цементной промышленности составляет около 20%. Однако в Китае замещение топлива всё ещё находится на стадии исследований, разработок и демонстрационных проектов. Общий уровень замещения остаётся низким, что оставляет значительный потенциал для дальнейшего продвижения и применения.
2. Замена сырья
Включение в производство цемента таких богатых кальцием отходов, как шлак карбида кальция, стальной шлак и другие, для замены известняка в качестве сырья позволяет значительно сэкономить природные минеральные ресурсы. Поэтому использование твёрдых промышленных отходов в качестве замены сырья является важным методом для эффективного переработки отходов в цементной промышленности, сокращая потребление природных минералов и снижая выбросы углекислого газа. Годовой объём производства цемента в Китае составляет около 2,4 миллиарда тонн, и для производства каждой тонны цементного клинкера требуется около 1,3 тонны кальциевого сырья. Однако проблема замещения сырья заключается в том, что доступное количество богатых кальцием отходов едва ли может покрыть потребности цементной промышленности.
3. Совершенствование производственных процессов
Вращающаяся печь является основным оборудованием для производства цементного клинкера, и реализация низкоуглеродного производства цемента требует изменений в процессе производства цементного клинкера. Если кто и заменит вращающиеся печи в будущем, так это флюидизированная технология кальцинирования цементного клинкера. В условиях псевдоожиженного кальцинирования эффективность тепло- и массообмена высока, материал быстро нагревается до температуры 1400°C за несколько секунд, что делает его идеальным оборудованием для производства цементного клинкера. По сравнению с вращающимися печами, кальцинация цементного клинкера в кипящем слое позволяет снизить потребление угля более чем на 20%, уменьшить выбросы углекислого газа более чем на 25% (эффект будет более заметен при использовании альтернативных видов топлива, таких как биомасса), а также сократить выбросы оксидов азота более чем на 40%. Это следующая ступень в развитии новой низкоуглеродной технологии для цементных печей.
