Производители цемента сокращают выбросы СО2 и «озеленяют» бетон

Злоупотребление бетоном

Люди ежегодно используют 4 миллиарда тонн цемента. Производители считают, что радикальное уменьшение углеродного следа от цементной промышленности требует множества шагов — от сокращения выбросов в атмосферу до пересмотра нормативов, определяющих потребность строящихся объектов в цементе.

«Бетон очень дешев, и строители систематически злоупотребляют этим. Мы можем сократить количество цемента в бетоне и количество бетона, идущего на возведение зданий», — считает профессор Политехнической школы в Лозанне Карен Скривнер. По некоторым оценкам, мировое потребление цемента можно было бы сократить вдвое только за счет того, что при строительстве не будет заливаться больше бетона, чем необходимо.

Представить себе полный отказ от бетона в ближайшее время невозможно. Особенно в странах, переживающих бурный рост (Китай, Индия, Нигерия). Поэтому необходимо разработать более эффективный цемент, считает Джон Провис, профессор материаловедения из Университета Шеффилда в Англии.

Традиционно цемент получают путем смешивания измельченного известняка с другими ингредиентами и сжигания субстанции при температуре 1450 градусов по Цельсию. В результате получается вещество под названием клинкер. Его перетирают в порошок и соединяют с рядом добавок для получения цемента. Бетон, в свою очередь, есть смесь цемента с песком и породой-наполнителем (щебнем и т.д.), разбавленная водой, которая необходима для запуска химической реакцию, дающей ему затвердеть.

И топливо, применяемое для обжига в печах, и сам известняк при сгорании выделяют углекислый газ. На каждую тонну произведенного цемента в атмосферу выделяется 600-800 кг СО2.

Глина вместо известняка

Одним из решений проблемы является технология производства цемента из нагретой глины, получившая название LC3. Она может уменьшить углеродный след двумя способами. Во-первых, глина содержит очень мало углерода и при ее нагревании почти ничего не выделяется. Во-вторых, глину можно сжигать при более низких температурах (800° C) и потреблять, соответственно, меньше топлива.

По словам Карена Скривнера, в мире существует практически неограниченное количество запасов глины, большая часть которой уже добыта и признана непригодной для керамической и бумажной промышленности. У многих производителей бетона в карьерах с песком и гравием есть и глины, которые можно использовать в технологии LC3.

Первые заводы по производству цемента по технологии LC3 уже построены в ряде стран. Один из них — крупнейший в Колумбии завод Argos, ежегодно дающий до двух миллионов трехсот тысяч тонн цемента. В этом году после модернизации завод начал действовать по новой технологии. Она сокращает потребление энергии на 30% и снижает выход СО2 почти наполовину. Кроме того, предприятие использует глину, которая добывается примерно в десяти милях от него. «Меньше CO2 означает меньше угля или топлива, так что это более выгодно. Охранять окружающую среду приятнее, когда есть и экономический стимул», — говорит Томас Рестрепо, глава бизнеса компании в Колумбии.

Португальский производитель Cimpor тестирует LC3 на заводе в Кот-Д'Ивуаре. Lafarge-Holcim, крупнейший производитель цемента в Европе, планирует добавить глиняные печи на предприятиях во Франции и Швейцарии в следующем году. На Кубе строится более 20 небольших производств, которые будут давать глинистую смесь для перемешивания ее на стройках с обычным цементом.

Есть у новой технологии и недостатки. «Бетон, изготовленный с использованием LC3, в первые семь дней часто демонстрирует меньшую прочность, чем традиционные формулы, — предупреждает Вандерли Джон, профессор строительных материалов из Университета Сан-Паулу в Бразилии. – Прочность может быть восстановлена позже, ведь для полного схватывания бетона нужен месяц или больше. Также прочность удается повышать с помощью добавок или более качественной глины. Но такие задержки «из-за ожидания» обходятся дорого. Чем короче срок строительства, тем дешевле оно обходится».

Уловить СО2

Поскольку технология LC3 — это лишь частичное решение проблемы выбросов, исследователи во всем мире ищут другие способы «озеленения» производства цемента. Один из вариантов —добавление в него вулканического пепла. Еще один — замена части клинкера шлаковыми отходами от выплавки чугуна или золой из угольных заводов.

В исследовательской лаборатории Lafarge-Holcim (недалеко от Лиона) ученые работают над тем, как сократить выбросы CO2 предприятиями компании на 15% к 2030 году. Более двух пятых из 1300 патентов Lafarge на производство цемента и бетона служат для ограничения производства углекислого газа. «Мы должны продвигать более экологичные решения, но без ущерба для качества», — напоминает руководитель исследований Эделио Бермехо.

У лаборатории — десятки проектов. Одна группа печатает бетонные элементы на 3D-принтерах. Другая — подбирает альтернативные способы нагрева цементных печей. Третья — делает бетон, который требует меньше воды. Четвертая — изучает способы измельчения песка и гравия, чтобы на бетон шло меньше цемента. И так далее.

Однако, чтобы довести производство цемента до нулевого выброса СО2, нужна технология улавливания парникового газа.

Некоторые предлагают использовать для этой цели щебень от разрушенных зданий. По расчетам, одна тонна переработанного бетона может поглотить 50 килограммов CO2. Идея в том, чтобы уловить углекислый газ, сжать его и поместить глубоко под землю — возможно, в истощенные нефтяные и газовые скважины. Международное энергетическое агентство полагает, что именно улавливание СО2 будет давать 60% сокращения выбросов от цементной промышленности в период до 2070 года.