Risolvere l’enorme problema del carbonio del cemento

Nuove tecniche e nuovi ingredienti possono ridurre notevolmente le immense emissioni di carbonio derivanti dalla produzione di cemento e calcestruzzo

Il cemento è ovunque: negli edifici, nelle strade, nei marciapiedi, nei ponti e nelle fondamenta di quasi ogni struttura immaginabile. Produciamo più cemento di qualsiasi altro materiale sulla Terra, e quel volume è in aumento a causa dello sviluppo globale, soprattutto in Cina e India. Il cemento, il legante in polvere che tiene insieme la sabbia o il pietrisco nel calcestruzzo, è uno dei prodotti a maggior consumo energetico del pianeta. Il calcare utilizzato viene cotto fino a 1.450 gradi Celsius (2.640 gradi Fahrenheit) in enormi forni alimentati quasi esclusivamente con combustibili fossili. Le reazioni chimiche coinvolte producono ancora più anidride carbonica come sottoprodotto. Produrre un chilogrammo di cemento immette nell’atmosfera un chilogrammo di CO2. Ogni anno in tutto il mondo la produzione di cemento e calcestruzzo genera circa il 9% di tutte le emissioni umane di CO2.

Le società hanno prodotto cemento e calcestruzzo più o meno allo stesso modo per un secolo. Le prove hanno dimostrato che una parte del cemento in una miscela può essere sostituita con argilla calcinata (bruciata) o ingredienti ricavati da rifiuti come ceneri volanti e scorie senza perdita di resistenza ma con minori emissioni. L’offerta non è sufficiente per soddisfare la domanda, ma tali alternative possono ridurre in una certa misura la CO2.

Altri materiali e processi alternativi possono ridurre significativamente le emissioni. Alcuni si stanno già diffondendo; altri sono sperimentali. Poiché la maggior parte del cemento e del calcestruzzo sono prodotti a livello locale o regionale, vicino a dove vengono utilizzati, la disponibilità di materiali sostitutivi, gli standard edilizi rivisti per consentirne l’uso, i costi di capitale per la riorganizzazione e l’accettazione del mercato sono tutte sfide pratiche.

La produzione del cemento consuma grandi quantità di energia, in gran parte proveniente da combustibili fossili che emettono CO2. Alcune fasi emettono anche direttamente CO2, in particolare la creazione di calce (fase 3) e poi di clinker, un agente indurente (fase 4). La sostituzione dei combustibili fossili con fonti energetiche rinnovabili e l’aumento dell’efficienza della produzione potrebbero ridurre l’impronta di carbonio fino al 40%. L’utilizzo di diverse materie prime per la produzione del clinker potrebbe ridurre drasticamente il restante 60% delle emissioni di carbonio. (Il processo mostrato riguarda i cosiddetti forni a secco; hanno ampiamente sostituito i forni a umido, che utilizzano ancora più energia.)

1. Estrarre e macinare il calcare

Come funziona: I depositi contenenti carbonato di calcio, come calcare o gesso, vengono estratti da cave, che possono includere piccole quantità di argilla contenente silicio, alluminio o ferro. Gli ingredienti vengono frantumati in pezzi di dimensioni inferiori a 10 centimetri e poi macinati fino a ottenere una polvere chiamata farina cruda.

Spazio per migliorare:Inizia con il basalto invece del calcare o utilizza il “calcare carbon-negativo” prodotto con la CO2 di scarto (passaggio 2), riducendo le emissioni fino al 60-70%.

2. Preriscaldare il pasto crudo...

Come funziona:La farina cruda in una camera sopra un forno viene riscaldata a temperature fino a 700 gradi C dai gas di scarico caldi e vorticosi del forno, eliminando l'umidità.

Spazio per migliorare: Brucia aria ricca di ossigeno per ridurre le emissioni di CO2. Aggiungere attrezzature per catturare la CO2, che potrebbe ridurre le emissioni fino al 60%. Utilizzare la CO2 di scarto per produrre calcare carbon-negativo (fase 1). Brucia biomassa o rifiuti per riscaldare il forno invece del combustibile fossile.

3. ... e Converti pasto in lime

Come funziona: La farina preriscaldata viene bruciata in una camera di combustione immediatamente sopra e all'interno della parte superiore del forno a una temperatura compresa tra 750 e 900 gradi C, convertendo il carbonato di calcio in ossido di calcio (calce viva) e CO2. Questa fase rappresenta dal 60 al 70% della CO2 espulsa dalle materie prime e consuma circa il 65% di tutto il carburante utilizzato nell’intero processo di produzione del cemento.

Spazio per migliorare: Brucia aria ricca di ossigeno per ridurre le emissioni di CO2. Aggiungi attrezzature per catturare la CO2. Utilizzare un forno elettrico alimentato da energia rinnovabile, riducendo le emissioni per le fasi 2, 3 e 4 del 30-40%.