Заместването На Клинкера В Циментовата Индустрия

Най-често задавани въпроси

Понастоящем заинтересованите страни обсъждат цименти с ниско съдържание на въглерод и в частност заместването на клинкера в циментите. И все пак този дебат е особено сложен и понякога е предмет на необосновани твърдения, в които липсва подробно разбиране на проблема. Този документ с често задавани въпроси цели да освети темата и да предостави ясен преглед на възможностите и предизвикателствата, свързани със заместването на клинкера.

Какво е клинкерът и защо циментовата индустрия се опитва да използва по-малко клинкер?

Клинкерът е основната съставка на цимента. По същество това е смес от варовик и други минерали, които се изпичат в пещ на температура приблизително 1450°C и се преобразуват термично в сложни реактивни минерали. След като се произведе, клинкерът се смила фино и се смесва с гипс и обикновено с алтернативни съставки (суровини или вторични продукти), за да се получи цимент¹.

Производството на клинкер е CO₂ -интензивно. Когато варовикът се преобразува в клинкер, се освобождава CO₂ от карбонатите на варовика (тези емисии са известни като технологични емисии и възлизат на около две трети от общите емисии от производството на цимент). Освен това, за да започнат и да се поддържат химичните реакции, е необходимо значително количество топлина от изгарянето на различни горива, което води до допълнителни емисии на CO₂ (тези емисии са известни като горивни емисии и възлизат на около една трета от общите емисии).

Предвид значението на свързаните с производството на клинкер емисии на CO₂ циментовият сектор непрекъснато търси начини за минимизиране и оптимизиране на употребата на клинкер.

Е ли намаляването на съотношението клинкер/цимент единственият начин за декарбонизиране на производството на цимент?

Не. Както е идентифицирано в пътната карта за въглеродна неутралност на CEMBUREAU декарбонизацията на индустрията ще наложи комбинация от различни лостове, които включват подобряване на топлинната ефективност на пещите; намаляване на зависимостта от изкопаеми горива и преминаване към по-чисти алтернативи за намаляване на горивните емисии; намаляване на съотношението клинкер/цимент; и внедряване на улавяне на въглерод за справяне с технологичните емисии.

Важно е да се подчертае, че всеки от тези лостове за декарбонизация има собствени проблеми: улавянето на въглерод изисква силна верига на стойността и значителни инвестиции заедно със значително увеличение на (електрическата) енергия; намаляването на използването на изкопаеми горива изисква наличие на алтернативни горива с по-ниски емисии на CO₂ и устойчива биомаса; а наличието на традиционни заместители на клинкера не е равномерно разпределено в ЕС и се очаква да бъде ограничено в средносрочен план, причинявайки значителни проблеми с мащаба.

Географското местоположение на циментовите пещи също ще влияе значително на вида инвестиции за декарбонизация, които дадено предприятие ще направи. Ако например даден завод е разположен в индустриална зона, той може да има по-добър достъп до заместители на клинкера; или завод, разположен до Северно море, може да избере улавяне на въглерод поради близостта на местата за съхранение на CO₂ .

Как може технически да се намали съдържанието на клинкер в цимента?

Понижаването на съотношението клинкер/цимент изисква използване на допълнителни циментови материали (SCM). Циментовият сектор отдавна използва SCM. Те допринасят за ефективността на цимента и бетона и освен това се използват за производство на цименти и бетони със свойства за специални приложения.

Най-често използваните SCM в ЕС са летлива пепел (страничен продукт от въглищните електроцентрали) и гранулирана шлака от доменни пещи (страничен продукт от стоманодобивната промишленост) – доколкото използването им позволява намаляване на CO₂ емисии и кръгов подход с използване на вторични материали от други индустрии.

Други съставки включително варовик, естествени пуцолани (силициеви и глиноземни материали) и калцинирана глина са налични и подходящи като алтернатива на SCM като шлаката и летливата пепел.

Рециклираните бетонови частици от разделянето и обработката на отпадъци от строителство и разрушаване също са обещаващ SCM.

Освен това за пригодност в производството на цимент се проучват и други материали като например продукти от производството на алуминий и стъкло.

Това звучи като лесен начин за намаляване на емисиите в краткосрочен план. Има ли ограничения?

Да, има значителни проблеми, свързани със заместването на клинкера. Те са свързани с:

Наличието на SCM: с декарбонизацията на стоманодобивния и енергийния сектор с времето гранулираната доменна шлака и летливата пепел неизбежно стават все по-малко достъпни. Въз основа на външни източници CEMBUREAU приема, че:

Потреблението на шлака в Европа ще намалее от приблизително 13 милиона тона през 2020 г. (8% от съдържанието на цимента) до максимум 4 милиона тона до 2050 г. (по-малко от 2% от съдържанието на цимента).
Потреблението на летлива пепел в Европа ще намалее от приблизително 3 милиона тона през 2020 г. (2% от съдържанието на цимента) до по-малко от 1 милион тона до 2050 г. (по-малко от 1% от съдържанието на цимента).

Затова циментовият сектор в ЕС непрекъснато търси нови източници за такива SCM (напр. рекуперация от сметища), както и алтернативни SCM (калцинирана глина, рециклиран бетон, естествени пуцолани…). CEMBUREAU възложи специално проучване на наличността на SCM и алтернативните суровини в Европа². Други източници посочват подобни, но не еднакви проблеми с наличността на материалите.

Свойствата на SCM: циментите със съдържание на SCM имат различни свойства и характеристики, поради което тяхната употреба трябва да се оценява за всеки конкретен случай в зависимост от крайното приложение и условията на околната среда. Потенциалните нови SCM трябва да се изпитват (за химическата им устойчивост при производството на цимент, за хидравлични и пуцоланови свойства, издръжливост, устойчивост), за да се гарантира, че циментът и в крайна сметка бетонът запазват своята здравина и издръжливост. Не всички потенциални SCM могат да заменят клинкера без риск за издръжливостта и здравината на използвания бетон или без специфични разпоредби (бетонно покритие, проектиране и изпълнение на бетонната смес). Винаги ще е необходимо значително количество клинкер на тон цимент, като количеството на използваните SCM зависи от техните индивидуални свойства и качества.
Аспектите на околната среда, здравето и безопасността на новите SCM, които често са странични продукти от други индустрии, също трябва да се оценяват, за да се поддържат нивата на качество и безопасност на продуктите.

Успяват ли дадени циментови фирми да произвеждат цименти с много ниско съдържание на клинкер и могат ли тези продукти да се произвеждат повсеместно сега?

Както традиционните доставчици на цимент от ЕС, така и други оператори успешно произвеждат цименти с много ниско съдържание на клинкер. Това се осъществява със специфични партньорства с производители на стомана, за да имат привилегирован достъп до висококачествена гранулирана шлака от доменни пещи, което позволява много ниско съотношение клинкер/цимент и значително намалени емисии на CO₂ .

Фактически неправилно е обаче да се твърди, че към момента такива решения са приложими повсеместно. Както беше споменато по-горе наличието на SCM е значителен проблеми за масовото производство и подобни цименти с много ниско съдържание на клинкер не могат да задоволят търсенето на цимент в ЕС (например един от изтъкнатите производители на цимент с ниско съдържание на клинкер съобщава за глобално производство на около 2.4 милиона тона спрямо годишно търсене в ЕС на 170-180 милиона тона цимент).

Използването на по-малко клинкер в цимента предполага ли бетон с по-нисък CO₂ или строителство с по-нисък CO₂ ?

Не задължително и то по няколко причини:

Количеството вложен CO₂ в бетона зависи от количеството цимент, използван за кубически метър бетон. Използването на цименти с ниско съдържание на клинкер може например да доведе до ситуация, при която се използва повече цимент на кубичен метър бетон, за да се запази здравината и издръжливостта на бетона. На свой ред това означава, че CO₂ въздействието на бетона в сградите е подобно или дори по-високо, отколкото при използване на цимент с повече клинкер.
Материалите с ниско съдържание на клинкер не винаги водят до нисковъглеродно строителство. Трябва да се направи пълен анализ не само на материала, но и на конструкцията. В много случаи най-добрият начин за намаляване на въглеродния отпечатък на строителството е проектирането на тънки конструкции с цел намаляване на използвания бетон, като по този начин се намалява въздействието. Високоефективното използване на бетона обаче обикновено налага висококачествен бетон с високо съдържание не само на цимент, но и на клинкер. В тези случаи съдържанието на клинкер в бетона за един кубически метър е високо, а оттам и въглеродният му отпечатък. Въглеродният отпечатък на конструкцията обаче е нисък, защото използваното в конструкцията количество бетон е много малко.

Намаляването на съдържанието на клинкер оказва ли въздействие върху характеристиките на цимента и бетона?

Съдържанието на клинкер в цимента и вида на използваните SCM влияят върху експлоатационните показатели на цимента. Това повлиява здравината и издръжливостта на бетона (напр. защита от корозия на армировката, непропускливост, устойчивост на замръзване, устойчивост на химикали). Тези въздействия могат да се компенсират поне отчасти с коригиране на други параметри в конструктивния проект (напр. бетонно покритие), проекта на бетонната смес (напр. промяна на съотношението вода/цимент) или изпълнението (полагането и втвърдяването на бетона).

Самите стандарти на ЕС за цимент (както са дефинирани в EN 197) са формулирани около съдържанието на клинкер в цимента и вида на съставките: Винаги ще е необходимо значително количество клинкер на тон цимент, като количеството на използваните SCM зависи от техните индивидуални свойства и качества, както следва:

CEM I Портландцимент (>95% клинкер)
CEM IІ Портланд-композитен цимент (65-94% клинкер)
CEM ІІI Шлаков цимент (5-64% клинкер)
CEM ІV Пуцоланов цимент (45-89% клинкер)
CEM V Композитен цимент (20-64% клинкер)
CEM VІ Композитен цимент (35-49% клинкер)

Има твърдения, че циментовите стандарти са пречка пред циментите с ниско съдържание на клинкер в ЕС и че циментовата индустрия в ЕС се противопоставя на всяка промяна в тях. Вярно ли е?

И двете твърдения са неверни.

Както вече беше споменато, стандартите за цимент вече позволяват цименти с ниско съдържание на клинкер и сега те се използват на пазара на ЕС. Като част от така наречения „Процес на хармонизиране на строителните продукти“ тези стандарти за цимент – които са доказали своята ефективност и се възпроизвеждат в световен мащаб – ще бъдат преразгледани през следващите години, за да се подпомогне допълнително внедряването на нисковъглеродни цименти.

Относно позицията на индустрията – доставчиците на цимент от ЕС всъщност поеха водеща роля, като подкрепиха нехармонизиран процес за ускоряване на пътя към новите стандарти EN 197-5 (Портланд-композитен цимент CEM II/C-M и Композитен цимент CEM VI) и EN 197-6 (Цимент с рециклирани строителни материали) за пускането на нови нисковъглеродни цименти на пазара на ЕС.

Като част от предстоящото преразглеждане на стандартите за цимент CEMBUREAU подкрепя възприемането на двоен подход, който запазва сегашната система и едновременно въвежда успоредно допълваща и по-базирана на експлоатационните показатели система. Подобен двоен подход следва допълнително да улесни стандартизацията на нови нисковъглеродни продукти, като същевременно гарантира безопасността и надеждността на циментите, пускани на европейския пазар (вижте становището на CEMBUREAU „Нов импулс за стандартизация“ от октомври 2023 г.).

Какво е сегашното съотношение клинкер/цимент в Европа? Защо е по-високо отколкото в някои неевропейски страни?

Съотношението клинкер/цимент в ЕС през 2021 г. е било 77,3% (GCCA, база данни Getting the numbers right), което е спад с 0,6% спрямо 2020 г.

Някои държави наистина се представят под това ниво, но когато се правят международни сравнения, е важно да се отчита следното:

Някои страни имат достъп до значително количество заместители на клинкера (обикновено Китай и Индия, където летящата пепел е в изобилие поради важността на производството на енергия от въглища и металургичния сектор).
Някои страни извън ЕС27 постигат статистически ниско съотношение клинкер/цимент, но както е посочено по-горе тенденцията е да се използва по-голямо количество цимент на кубически метър бетон, което е с отрицателен резултат за CO₂ .
Обратното, дадени региони са склонни да предпочитат цименти с високо съдържание на клинкер поради нуждите на техния строителен пазар (напр. адаптиране към сеизмични условия).

Какви са целите на циментовата промишленост в ЕС, когато става въпрос за намаляване на съотношението клинкер/цимент?

Като част от своята Пътна карта за въглеродна неутралност CEMBUREAU цели постигане на 75% съдържание на клинкер в цимента до 2030 г. (което съответства на намаление с 5 милиона тона на естествените суровини, използвани за производството на цимент в ЕС годишно) и до 65% до 2050 г. (намаляване с 20 милиона тона на естествените суровини годишно). Понастоящем CEMBUREAU преразглежда пътната си карта и ще актуализира различните лостове за декарбонизация включително понижаването на съотношението клинкер/цимент.

Има ли циментовата индустрия в ЕС стимули да намалява съотношението клинкер/цимент? Преразглеждането на правилата за бенчмарка на СТЕ на ЕС ще бъде ли ето помощ?

Циментовата индустрия в ЕС има сериозни стимули да намалява съотношението клинкер/цимент чрез съществуващата регулаторна рамка на ЕС:

Тъй като клинкерът е CO₂ интензивен, циментовите фирми по естествен път са стимулирани да намаляват емисиите чрез Схемата за търговия с емисии на ЕС (СТЕ), както и въглеродните си разходи, които представляват основен дял от глобалните разходи за производство на цимент. Тези стимули ще се увеличат допълнително с планираното постепенно премахване на безплатните квоти с въвеждането на Механизма на ЕС за коригиране на въглерода на границата (CBAM).
Изискванията на таксономията на ЕС използват „най-доброто в класа“ съотношение клинкер/цимент от 65%, съчетано с ниски прагове на емисиите, за да се определи дейността като устойчива за целите на екологичните инвестиции.

По отношение на бенчмарка на СТЕ в CEMBUREAU сме твърдо убедени, че преразглеждането е ненужно в светлината на тези силни стимули. Законодателството на ЕС не трябва да принуждава сектора да следва определен път на декарбонизация (намаляване на съотношението клинкер/цимент), а трябва да използва други лостове за намаляване на емисиите в циментовата промишленост като например използване на горива от биомаса, използване на възобновяема енергия, увеличаване на енергийната ефективност, улавяне на въглерода и пр., особено като се има предвид, че широкото приложение на първия вариант е спорно. В това отношение е важно СТЕ да остане технологично неутрална и да остави на производителите възможността да избират кой път на декарбонизация отговаря на тяхната конкретна позиция.

Какви политически мерки биха могли да подпомогнат намаляването на съотношението клинкер/цимент?

Както беше споменато по-горе, основните пречки пред намаляването на съотношението клинкер/цимент са ограничената наличност на SCM и сложното взаимодействие между клинкера, цимента и бетона. Затова CEMBUREAU смята, че:

Депонирането на отпадъци трябва или да се забрани в целия ЕС, или да се обложи с високи данъци от държавите-членки, а износът на отпадъци извън ЕС трябва да се сведе до минимум. Политиките на европейско и национално ниво следва да позволяват отваряне и възстановяване на стари сметища, които могат да са източници на традиционни SCM.
Следва да се зададе един модел за разделно събиране на отпадъци за целия на ЕС, който да опрости управлението на отпадъците, да подобри ефективността на потоците от ресурси и да осигури по-добър достъп до вторични материали за промишлеността. Освен това трябва се засили сътрудничеството в бъдещото проучване на материали от отпадъци от строителство и разрушаване, които да се използват като нови съставки.
Циментовите стандарти на ЕС трябва да се преразгледат бързо в светлината на хармонизацията на ЕС за CPR и да се актуализират, за да се адаптират към нови SCM. За повече информация вижте становището на CEMBUREAU „Нов импулс за стандартизация“.
Държавите-членки трябва да предприемат необходимите мерки за приемане на новите цименти с ниско съдържание на въглерод в своите строителни кодекси и в националното техническо законодателство, както и да приемат мерки за обществени поръчки, насърчаващи използването на това ново поколение материали с ниско съдържание на въглерод.

За пълното описание на процесите на производство на клинкер, цимент и бетон вижте документа на CEMBUREAU „История на производството на цимент“ от януари 2021 г.
За повече информация вижте изследването Състояние и перспективи на алтернативните суровини в циментовия сектор в Европа (ECRA, 2022) и съответните Въпроси и Отговори и записа на събитието на CEMBUREAU по темата, 2023.