Electrek побеседовал с Риком Боханом, вице-президентом по устойчивому развитию Ассоциации производителей цемента Портленда (PCA), которая представляет 92% производственных мощностей цемента в США и имеет дистрибьюторские центры во всех континентальных штатах США. Цемент является вторым по объему использования строительным материалом на планете.
В ноябре 2020 года PCA объявила о намерении всей отрасли разработать к концу 2021 года дорожную карту, которая поможет ее компаниям-членам достичь углеродной нейтральности по всей цепочке создания стоимости бетона к 2050 году.
Обновление от 12 октября: PCA сегодня опубликовала свою «Дорожную карту к углеродной нейтральности», в которой изложен план США по достижению чистых нулевых выбросов по всей цепочке создания стоимости цемента и бетона к 2050 году. Бохан обсудил это в своем первоначальном интервью с Electrek ниже.
PCA сотрудничает с Глобальной ассоциацией производителей цемента и бетона (GCCA), которая объединяет 40 крупнейших мировых производителей и около 80% отрасли за пределами Китая.
В глобальном масштабе GCCA также сегодня взяла на себя обязательство достичь чистого нуля к 2050 году. Несколько крупных китайских компаний по производству цемента и бетона, на которые приходится около 20% китайского рынка, также присоединились к этому обязательству.
Производство цемента является источником 1,25% выбросов в США.
Цемент является ключевым ингредиентом бетона, поэтому предстоящая дорожная карта затрагивает не только цемент, но и бетон. Необходимы срочные действия, чтобы цемент и бетон могли продолжать играть критически важную роль в будущем инфраструктуры США, не усугубляя выбросы.
Electrek: Какие примеры шагов, вероятно, будут включены в дорожную карту PCA для достижения углеродной нейтральности по всей цепочке создания стоимости бетона к 2050 году?
Рик Бохан: Дорожная карта, разрабатываемая PCA от имени цементной промышленности, будет охватывать всю цепочку создания стоимости бетона – от производства цемента до использования бетона по всей стране. Вот несколько примеров действий, включенных в дорожную карту:
Расширение доступа к альтернативным видам топлива, особенно к материалам, которые в противном случае попадают на свалки, для использования цементными заводами;
Активное внедрение инновационных продуктов, таких как портландцемент с известняком (PLC), бетонные смеси с улучшенными характеристиками, смешанные цементы и другие;
Инвестиции в технологии улавливания, утилизации и хранения углерода (CCUS) и критически важную инфраструктуру для поддержки CCUS, включая надежную и интеллектуальную электросеть.
Electrek: Не могли бы вы описать, как эти примеры будут работать на практике?
Рик Бохан: Расширение доступа промышленности к альтернативным видам топлива, особенно к материалам, которые в противном случае попадают на свалки, может иметь драматическое и немедленное воздействие. В настоящее время многие цементные заводы зависят от невозобновляемых ресурсов для питания заводов, но это может быть смягчено за счет расширения доступа к альтернативным источникам топлива. Благодаря расширению доступа, альтернативные виды топлива, включая золу-унос, остатки ковровых покрытий, шины и другие нетоксичные материалы, не только помогают сократить выбросы, но и отвлекают материалы, которые в противном случае были бы отправлены на свалку.
Цементные печи чрезвычайно эффективны при сжигании любого топлива благодаря своим очень высоким рабочим температурам, и они могут поддерживать выбросы на уровне или ниже уровня традиционных ископаемых видов топлива.
Для того чтобы нетоксичные отходы перенаправлялись со свалок на промышленные предприятия, такие как цементные заводы, для использования в качестве топлива, нам потребуется реформа регулирования и признание со стороны политиков того, что расширенное использование альтернативных видов топлива соответствует целям в области климата на середину века. Сегодня на долю альтернативных видов топлива приходится лишь около 15% топлива, используемого отечественными производителями, по сравнению с более чем 36% в Европейском Союзе, включая до 60% в Германии.
Цементные заводы США начали использовать альтернативные виды топлива еще в 1970-х годах, но сегодня на их долю приходится лишь около 15% топлива, используемого отечественными производителями цемента, из-за устаревших/обременительных правил. Это действительно прискорбно, поскольку существует почти регуляторное препятствие для полезного использования альтернативных видов топлива.
Портландцемент с известняком (PLC) предлагает те же преимущества долговечности и устойчивости, что и любой другой портландцемент, при этом снижая выбросы CO2 на 10%. Оптимизируя количество клинкера в цементе для включения большего количества известняка, мы можем сократить количество энергии (и связанных с этим выбросов), используемой для нагрева клинкера (основного ингредиента цемента), и в конечном итоге произвести цемент.
PLC используется не так широко, как мог бы, и барьеры для широкого внедрения, похоже, связаны просто с институциональной инерцией. Люди склонны придерживаться того, что они знают, но в данном случае, делая это, они упускают прекрасную возможность.
Перейдя на PLC, производители уже сократили выбросы CO2 более чем на 325 000 метрических тонн в США за период с 2012 по 2018 год, что эквивалентно углероду, хранящемуся в более чем 400 000 акрах леса. 32 департамента транспорта штатов в настоящее время разрешают использование PLC, однако до недавнего времени PLC составлял менее 1% от общего объема поставок цемента.
Технологии и инновации, связанные с улавливанием, утилизацией и хранением углерода (CCUS), будут не только прорывными для отрасли, но и важными. Для бетона существует уникальная возможность фактически использовать уловленный углерод в процессе затвердевания бетона, помогая быстрее затвердевать и укреплять бетон.
CO2 может быть введен в свежий бетон и фактически навсегда секвестрирован в бетоне, поэтому, даже если конструкция будет снесена в будущем, CO2 не будет выброшен.
CCUS представляет собой возможность для существенного снижения выбросов. Таким образом, промышленный сектор должен все больше фокусироваться на исследованиях и разработках CCUS.
Electrek: Есть ли какие-либо новые инновации, которые PCA считает потенциально прорывными для отрасли в плане сокращения выбросов?
Рик Бохан: Технология улавливания углерода все еще находится на ранних стадиях и не была разработана в масштабе. Действительно, дальнейшее развитие инноваций в этой области будет прорывным для отрасли.
Производство цемента — это энергоемкий процесс, который зависит от тщательно сбалансированной химии и физики. Цементные заводы работают непрерывно, обычно 24 часа в сутки, семь дней в неделю, а создание и поддержание высоких температур в печах, необходимых для производства клинкера, включает сжигание значительных объемов ископаемого или альтернативного топлива. Химический процесс преобразования известняка и других ингредиентов в клинкер также является энергоемким, генерируя обычно от 50% до 60% CO2 от производства.
Американские производители цемента инвестировали миллиарды долларов в технологии повышения энергоэффективности и сокращения выбросов углерода, но одной лишь энергоэффективности будет недостаточно для достижения долгосрочных целей по сокращению.
Как уже упоминалось, более 60% выбросов углерода в цементной промышленности связаны с химическим превращением известняка и других ингредиентов в цемент – нет способа предотвратить образование CO2 в процессе этого превращения – это «химическая реальность».
Любая долгосрочная стратегия сокращения выбросов углерода для цементной промышленности потребует значительных достижений в технологиях CCUS с особым акцентом на исследования, разработки и экономически эффективное внедрение.
Хотя перспективные технологии CCUS разрабатываются как внутри страны, так и за рубежом, ни одна из них не достигла стадии коммерческого внедрения.
Эти технологии включают традиционные растворители, сорбенты и мембраны, а также уникальные технологии, такие как улавливание с помощью водорослей, реакторы прямого разделения и кальцинация с использованием кислорода. Почти все исследования и федеральное финансирование были сосредоточены на энергетическом секторе, а не на решениях для промышленного сектора. Разработанные на сегодняшний день технологии CCUS остаются непомерно дорогими для энергоемких отраслей, включая цементную.
Electrek: Как более надежная и интеллектуальная электросеть поможет цементной промышленности достичь вашей цели по углеродной нейтральности к 2050 году?
Рик Бохан: Мы являемся энергоемкой, подверженной конкуренции отраслью, и большая часть нашего электричества потребляется при дроблении и помоле. Вероятно, заводы будут использовать технологии, такие как снижение потерь тепла, для выработки электроэнергии на месте, и мы знаем, что возобновляемая энергия будет все чаще становиться частью энергетического баланса цементного завода. Оба эти фактора требуют сети для доставки и приема возобновляемой энергии, а это означает, что сеть должна быть надежной и прочной.
Рик Бохан — вице-президент по устойчивому развитию Ассоциации производителей цемента Портленда. Он отвечает за координацию всей деятельности PCA, связанной с устойчивым развитием, включая текущую разработку дорожной карты по углеродной нейтральности. Ранее он занимал должность старшего директора по исследованиям и технологиям в PCA. Рик является редактором и автором второго издания двухтомной книги PCA «Инновации в производстве портландцемента», а также многих других публикаций. Его карьера в PCA насчитывает 27 лет, охватывая практически все аспекты технологии и применения цемента и бетона. До работы в PCA Рик работал инженером-консультантом и служил на действительной военной службе в качестве рядового морской пехоты и офицера морской пехоты. Он имеет степень бакалавра гражданского строительства, степень MBA и является зарегистрированным профессиональным инженером.
Фото: Rodolfo Quirós/Pexels.com