Цемент технология производство: Современные технологии производства цемента — Публикации на официальном сайте Holcim

Технология производства цемента — материалы для производства, виды и способы производства, сырье, добавки, отходы

Дата публикации: 14.02.2019 11:08

Являясь одним из самых распространенных стройматериалов, цемент в современном строительстве применяется или самостоятельно, или как базовый компонент растворных, отделочных и бетонных смесей. Промышленная технология производства цемента позволяет получить гидравлически вяжущий материал, превращающийся в процессе затвердевания в камневидное тело с гарантированными прочностью, водостойкостью и долговечностью.

Основные материалы для производства цемента — клинкер и гипс. В зависимости от марки и предназначения стройматериала в сухую смесь могут также добавляться глина, доменный шлак, вулканические породы и другие компоненты, воздействующие на рабочие характеристики конечного продукта.

Оборудование, используемое в цементном производстве

Различные виды производства цемента требуют собственных технических средств. При этом к обязательным технологическим элементам производственной линии цементного завода следует отнести:

• барабанную печь;
• установку для предварительного нагрева исходного сырья;
• мельницу;
• вальцы, охладитель и сушилку;
• сепаратор и пылеуловитель;
• оборудование предварительной гомогенизации;
• дробилку.

В процессе массового производства материала также не обойтись без транспортера и машины для упаковки готового продукта.

Разновидности и марки цемента

В зависимости от того, какое используется для производства цемента сырье, равно как и какой набор добавок вводится в сухую смесь, описываемый стройматериал может относиться к одной из классификационных групп:

1. Портландцемент.
   Самая популярная общестроительная марка, включающая клинкер и гипс. Помол мелкий.
2. Белый цемент.
   Производится из мелкомолотого клинкера без окислов железа. Служит для декоративных целей.
3. Шлаковый.
   Включает измельченный доменный шлак, активаторы и минеральные добавки. Примечателен повышенной прочностью, благодаря чему используется в подземных/подводных конструкциях.
4. Глиноземистый.
   Удобен при строительных работах в зимний период и при монтаже жаропрочных стройконструкций.

Из специальных марок материала применение находят расширяющийся, быстротвердеющий, гидрофобный, тампонажный (для заделки скважин) и пуццолановый (для водяных емкостей) цемент.

Марка материала определяется пределом прочности такового на сжатие, выраженным по старому ГОСТу в кг на см.кв.: М200-М600 или по обновленному стандарту — в МПа (мегапаскалях): 20-60 МПа соответственно.

Изготовление портландцемента

Производство материала разделяют на две укрупненных стадии, в свою очередь состоящие из отдельных этапов.

Первая стадия — получение клинкера, являющегося основой цементной смеси. После добычи желтовато-зеленого известняка в процессе разработки известняковых месторождений, первично раздробленное сырье проходит этапы сушки и смешивания с некоторыми составляющими. Подготовленный таким образом исходный материал подвергается обжигу, результатом которого является собственно портландцементный клинкер.

На второй стадии образовавшийся клинкер измельчается до порошкообразного вида, при этом в него вносятся гипс и другие необходимые для производства цемента добавки. В итоге образуется сыпучая однородная масса. Технология обеих стадий процесса для разных видов сырья и различных состояний такового может различаться. Исходя из этого, в промышленности используются сухой, мокрый и комбинированный способы производства цемента.

Сухой способ предполагает предварительное смешивание известняка и глины в машине для дробления/сушки и дальнейшее перемалывание компонентов в мельнице до однородного состояния сырьевой муки. После специального смешивания, называемого гомогенизацией, такая мука преобразуется в гомогенизационныйсилос, направляемый на обжиг. Прошедший обжиг силос вновь перемалывается с добавлением гипса. Готовый товарный продукт собирается в бункере для хранения или расфасовки.

При мокрой технологии сухие компоненты (известняк, глина, железосодержащие добавки) загружаются в дробилку, где смешиваются и дробятся до однородного состояния. После этого они поступают в мельницу, в которой после добавления воды проходят операцию мокрого помола с корректировкой в шламбассейне. Образовавшийся полуфабрикат (шлам) направляется на обжиг во вращающуюся печь. Дальнейшие этапы процесса аналогичны операциям при сухом способе. Ныне подобная мокрая технология считается устаревшей, поскольку сухой метод обеспечивает заметную экономию топлива, снижает трудовые затраты и дает более качественную продукцию.

Комбинированный способ не имеет жесткой технологической регламентации и зависит, прежде всего, от технических возможностей конкретного производителя. В одном случае сначала идет безводная стадия (при приготовлении смеси), затем — мокрая. В другом — сперва готовится водная суспензия, проходящая далее последовательные операции классического сухого метода.

Твердые отходы производства цемента, главным образом цементная пыль, относятся к группе неопасных для человека и допускаются к повторному использованию.

химический состав, технология производства и сырье для изготовления, процесс изготовления

Автор Ksanka Просмотров 2.5к. Опубликовано 17.05.2022

Сегодня строительство любого объекта не обходится без цемента, который получают несколькими способами. Мы расскажем из чего делают цемент, его виды и процесс изготовления. Нами подготовлена простая инструкция по изготовлению цемента в домашних условиях, в которой разберется даже новичок. Кроме того, рассмотрим состав цемента и сырье необходимое для его получения.

Содержание

1. Состав цемента
2. Сырье для производства цемента
3. Виды цемента
4. Портландцемент
5. Сульфатостойкий
6. Пуццолановый
7. Кислотоупорный
8. Пластифицированный
9. Шлакоцемент
10. Производство цемента
11. Сухой способ
12. Мокрый способ
13. Комбинированный способ
14. Технология производства бесклинкерного цемента
15. Как делают белый цемент
16. Как сделать цемент в домашних условиях
17. Маркировка цемента
18. Расшифровка маркировки цемента по новым стандартам

Состав цемента

Точный химический состав цемента вывести сложно, т. к. сегодня существуют разные его виды. Куда важнее знать какие минералы входят в состав цемента.

Цемент получают за счет дробления клинкера и гипса. Клинкер – это полуфабрикат, который образуется во время обжига смеси, полученной из глины и извести в пропорции один к трем. Клинкер является основной цементного порошка, обеспечивая его силикатами кальция. В результате спекания смеси образуются гранулы клинкера размером 1-6 см, к которым добавляются гипс и минералы. Полученную смесь тщательно измельчают до порошкового состояния.

Гипс позволяет регулировать сроки схватывания, а минералы снижают цену на цемент и улучшают его свойства. В качестве минеральных добавок могут использоваться бокситы, пески, пиритные огарки и пр.

Если вернуться к химической формуле, то на примере портландцемента можно узнать из чего сделан цемент: 62% оксида кальция, 18-22% диоксида кремния, порядка 5% окиси алюминия, 2-3% оксида железа или магнитного железняка. Окись алюминия можно заменить глиноземом. Недостающую процентную долю составляют разные присадки.

Сырье для производства цемента

Получение цемента происходит на заводах, вблизи мест добычи сырья, нужного для изготовления порошка. Так как одним из компонентов клинкера является известняк, то рассмотрим основные виды горных пород, позволяющие его получить.

Карбонатные породы – имеют кристаллическую структуру, которая напрямую влияет на эффективность взаимодействия материала с другими компонентами во время обжига. К таким породам можно отнести:

• мергелистый известняк;
• мел;
• доломитовые породы.

Мергель, выступающий заменителем известняка, относят к природному клинкеру, но из-за ограниченных запасов используется редко. Твердость мергелистого известняка зависит от того, какая доля глины в нем находится.

Доломитовые породы отличаются повышенной прочностью. Цементный порошок на их основе, быстро схватывается и является экологичным.

Вторая составляющая клинкера – это глина, которая разбухает при взаимодействии с водой. Глина повышает пластичность цементных растворов и смесей. В качестве глинистых пород используют глинистые сланцы, суглинки, чистую глину, лесс и пр.

Суглинки, помимо глины, содержат песок и пыль. Глинистые сланцы образуются за счет наслоения глины с илом, и содержат мало влаги. Это позволяет быстрее их сушить и измельчать. Могут использоваться как отдельный стройматериал или как компонент цемента. Лесс – это пористый суглинок, легко впитывающий влагу. Легко измельчается руками.

Не рекомендуется покупать цемент на развес, так как он может оказаться старым и без нужных параметров качества. Лучше использовать товар в заводской упаковке, на которой указана дата его изготовления.

Улучшение показателей цементного порошка можно достичь благодаря добавкам. Они повышают прочность бетона, пластичность и срок эксплуатации. К ним можно отнести шлаки, пуццолан или перетертую известь.

Виды цемента

Сегодня можно встретить несколько видов цемента, и каждый из них имеет свои особенности и свойства. Рассмотрим наиболее востребованные виды.

Портландцемент

Используется чаще других видов, по отдельности не применяется, только в строительстве при замешивании бетонных смесей и растворов. Применяется как для индивидуальных потребностей, так и для решения промышленных задач. Вместе с песком и щебнем, служит основой для получения бетона.

Портландцемент может применять при создании наливных потолков, для этого в него нужно добавить больше гипса. Такой подход позволяет изменить цвет на белый. При добавлении пластификаторов, можно изменять время схватывания смеси.

Сульфатостойкий

Стойкий к воздействию химически активных веществ. Благодаря таким характеристикам он применяется при создании мостов, подводных и подземных сооружений, насосных станций или опорных конструкций, устанавливаемых в воду.

Сульфатостойкий цемент долго застывает, но благодаря малому количеству алюминатов кальция, способен сохранять свои свойства при низких температурах. Кроме того, устойчив к атмосферным осадкам.

Пуццолановый

Этот вид является аналогом сульфатостойкого цемента, но в отличие от него содержит до 35% активных добавок. Обладает способностью твердеть в воде или во влажных условиях, благодаря чему применяется в конструкциях, находящихся в условиях повышенной влаги и сильных морозов. Это могут быть шлюзы, шахты, тоннели и прочие конструкции.

Потеря прочности такого вида цемента, происходит быстрее, чем у портландцемента. Это связано с повышенной гигроскопичностью активных минералов, которые поглощая влагу из воздуха вызывают гидратацию.

Кислотоупорный

Используется при создании сооружений в химической промышленности. Например, резервуары, башни и другие специальные здания.

Содержит кислотоупорный наполнитель (кварцевый песок, базальт) и кремнефтористый натрий (ускоритель затвердевания жидкого стекла). Эти компоненты и позволяют защитить бетон от внешних воздействий. Вяжущим веществом выступает жидкое стекло, поэтому цементом, данный порошок называют условно. Чувствителен к влиянию воды и пара.

Пластифицированный

В состав такого цемента добавляют добавки, делающие его подвижным и удобоукладываемым. Популярен при строительстве конструкций загнутой формы. Сохраняет свои характеристики даже под воздействием паров и при низких температурах, влагостойкий. Добавки вводятся в сухом виде или и в качестве водного раствора.

Шлакоцемент

Шлаковый цемент – это экономный стройматериал, содержащий помол клинкера, гипса и гранулированного шлака (порядка 20-80%). Применение шлака снижает стоимость бетона и одновременно существенно повышает его прочностные характеристики. К недостаткам такого порошка относится длительное время затвердевания бетона.

Цемент с содержанием шлака более 20% применяется при производстве железобетонных панелей или плит перекрытия. Благодаря высокой влагостойкости также может использоваться для создания сооружений, находящихся под постоянным воздействием влаги.

Производство цемента

Сегодня используются разные способы производства цемента.

• добыча горных пород для клинкера;
• обжиг смеси;
• измельчение полученных гранул до порошкового состояния;
• смешивание клинкера со всеми составляющими;
• упаковка и хранение.

Цемент хранят в силосах – это башни, в которых хорошо организовано насыщение порошка воздухом. Благодаря этому он не слеживается и сохраняет свои свойства.

Сухой способ

Эту технологию создания цемента используют в основном Китай, Турция или Египет. Способ не предусматривает использование воды, поэтому все его составляющие (известняк, глина и добавки) измельчают в сухом виде. Под воздействием воздуха, полученный порошок сушат, измельчают в мелкодисперсную муку и обжигают при высокой температуре. Обжиг длится примерно четыре часа при температуре 1500℃. Полученный цементный клинкер дробят до нужных размеров и отправляют на фасовку.

Производство цемента сухим методом отличается легкостью создания, низкими затратами, и как следствие большой популярность у производителей. Однако такой порошок чувствителен к однородности сырья и может не соответствовать экологическим нормам.

Мокрый способ

В этом случае клинкер изготавливают из мела, глины и воды. Использование этого способа позволяет в точности определить состав исходного сырья при большой неоднородности сырьевых компонентов. Смешав все компоненты с водой получают шлам (влажная смесь), который затем корректируют в технологических бассейнах. После выдержки шлам подаётся в печь на обжиг.

Полученный из печи продукт охлаждают в холодильниках, измельчают и перемешивают с добавками для получения нужных свойств. Такая технология производства цемента имеет существенные денежные затраты, поэтому редко используется. Тем не менее, когда нужно получить цементный порошок с хорошими показателями, используют именно этот метод.

Комбинированный способ

Такое производство цемента объединяет мокрую и сухую технологии. В том случае, когда за основу этого метода выбирается мокрая методика, процесс производства будет следующим:

1. Изготовление сырьевого шлама по мокрой технологии.
2. Корректировка состава.
3. Обезвоживание состава при помощи пресса или вакуума.
4. Обжиг в печи и дальнейшие этапы по сухому методу.

Все компоненты нужно хорошо измельчать и смешивать до полной однородности. Преимущества метода – допустимость применения отходов металлургической промышленности.

Кроме рассмотренных методов, цемент производят бесклинкерным способом. В качестве сырьевых материалов выступают гидравлические шлаки, активаторы и дополнительные компоненты. Последние добавляют в нужных пропорциях, заранее доведя до состояния порошка.

К преимуществам метода относятся:

• устойчивость к факторам окружающей среды;
• использование металлургических отходов;
• выпуск продукта в разных цветах;
• получение быстротвердеющего цементного порошка.

Как делают белый цемент

Технология изготовления цемента белого цвета не имеет принципиальных отличий от процесса получения серого продукта. Он также может производиться 2 методами: сухим и мокрым. Главное отличие – это быстрое охлаждение материала в воде после обжига.

К преимуществам белого цемента можно отнести его белоснежность. Главный недостаток – высокая стоимость производства.

Для создания белого цемента используется клинкер с малым количеством железа, минералы, известняк, гипс и хлористые соединения. Клинкер получают на основе карбонатных и глинистых пород.

Как сделать цемент в домашних условиях

Сегодня цементный порошок могут производить не только промышленные предприятия. Его можно изготовить самостоятельно, без дробления и обжига клинкера.

Рассмотрим принцип работы по созданию огнеупорного цемента своими руками. Рецепт предусматривает использование 3-4 литров гашенной извести и 6 литров каменной золы. Вместо золы можно взять угольный шлак. Гашеную известь можно заменить пастой или обычной известью, но тогда их потребуется развести с водой до получения консистенции молочка как на побелку.

Технологический процесс цементного раствора выглядит следующим образом:

• сперва нужно просеять золу, т.к. в ней может присутствовать мусор, вплоть до гвоздей;
• просеять гашеную известь;
• добавить в золу 1 кг соли;
• тщательно перемешать все компоненты.

В таком виде полученный цемент сразу используется для заделки щелей, ремонта полов и стяжек.

Маркировка цемента

Благодаря маркировке можно определить не только прочность цементного порошка, но и тип добавок. В классической (до 2003 года) и современной маркировке большинство кодов отображают одинаковую информацию.

В маркировке, кроме прочности, указаны виды присадок, позволяющие использовать продукт в бетонах разного назначения. В таблице ниже указана расшифровка букв, отображающих тип порошка в старой маркировке.

Расшифровка маркировки цемента по новым стандартам

Маркировка состоит из пяти разделов. Начинается маркировка с названия – ЦЕМ. Все остальные группы указывают на особенности цемента и расположены в таком порядке:

• вид цемента;
• количество добавок;
• тип добавки;
• класс прочности;
• скорость набора прочности.

Сегодня маркировка цемента по виду представлена таким образом:

• цифра I – портландцемент без добавок
• цифра II – портландцемент с минеральными добавками
• цифра III – шлакопортландцемент, содержит от 36 до 65% шлака;
• цифра IV – пуццолановый
• цифра V – композиционный

Количество минеральных добавок делится на классы. Класс А содержит 6-20% добавок, Класс B – 21-35%, Класс C – 36-65%. Тип добавки обозначается буквами: Ш – шлак, И – известь, З – зола, С – обожженный сланец, Мк – микрокремнезем, Г – глиеж, П – пуццолан.

Класс прочности обозначается таким образом: 22,5 (М300), 32,5 (М400), 42,5 (М500), 52,5 (М600). Последняя буква в маркировке обозначает скорость набора прочности: Н – нормальная, Б – Быстротвердеющий, М – медленнотвердеющий (только для ЦЕМ III).

Рассмотрим маркировку цемента ЦЕМ III/А-И 22,5Б. По новым стандартам она обозначает следующие параметры порошка: портландцемент, состоящий из 36-65% шлака, с добавками извести в количестве 6-20%, с прочностью 22,5 МПа, быстротвердеющий.

А какой цемент вы используете для строительных работ, и есть ли у вас опыт его создания? Предлагаем обсудить это в комментариях или задать вопрос по методам производства.

CEMEX и Coolbrook электрифицируют процесс производства цемента — CEMEX и Coolbrook электрифицируют процесс производства цемента

CEMEX и Coolbrook электрифицируют процесс производства цемента

17 мая 2022 г. технология электрификации процесса нагрева цементной печи.

CEMEX, S.A.B. де К.В. («CEMEX») объявила сегодня, что планирует работать с Coolbrook для тестирования их запатентованной технологии, которая использует электричество вместо ископаемого топлива в процессе нагревания при производстве цемента. На ископаемые виды топлива, используемые для обогрева печей, приходится примерно 45% выбросов углерода при производстве цемента. Компании подписали меморандум о взаимопонимании, чтобы объединить свой опыт для разработки оптимальных решений для электрического нагрева, которые можно применять в процессе производства цемента.

Технология Roto Dynamic Heater (RDH) компании Coolbrook призвана произвести революцию в производстве цемента путем замены ископаемого топлива, традиционно используемого для обогрева печей, электричеством. Прорыв технологии RDH заключается в том, что она способна, используя только электричество, нагревать печь до достаточно высокой температуры, около 1700 градусов Цельсия, необходимой для производства цемента из самых современных материалов. При питании от электроэнергии из возобновляемых источников эта технология устраняет выбросы CO ₂ от топлива, используемого в технологическом нагреве, и является важным достижением в возможной декарбонизации отрасли.

«Электрификация процесса нагрева и обжига при производстве цемента является важным шагом на пути к обезуглероживанию нашего цементного производства», — сказал Роберто Понгута, вице-президент CEMEX по глобальным операциям, техническим вопросам и энергетике. «В той мере, в какой мы можем использовать электричество из возобновляемых источников, мы можем исключить выбросы углерода, связанные с нагревом цементных печей. Мы постоянно ищем лучшие технологии и наиболее перспективные партнерские отношения для достижения наших целей в области борьбы с изменением климата. Наше сотрудничество с Coolbrook — еще один тому пример».0003

Илпо Куокканен, исполнительный председатель Coolbrook, сказал: «Coolbrook поставила перед собой цель создать всеобъемлющую экосистему вокруг своей революционной технологии и как можно быстрее протестировать ее использование во многих промышленных процессах. Вместе с CEMEX мы можем принести технологии для производства цемента и добиться значительного сокращения выбросов в одном из самых энергоемких и интенсивных по выбросам CO ₂ промышленных процессов. Мы искренне рады начать эту работу с CEMEX, который является мировым лидером в области экологически чистых строительных материалов и решений».

Компании ожидают, что эта революционная технология будет готова к коммерческому использованию в промышленных масштабах в 2024 году. Компании рассчитывают совместно оценить лучшую производственную площадку для тестирования и разработки этой технологии. Эта инициатива является частью дорожной карты CEMEX по достижению амбициозных целей в области борьбы с изменением климата в рамках программы «Будущее в действии».

В рамках своей программы «Будущее в действии» CEMEX объявила о цели действий по борьбе с изменением климата по сокращению выбросов CO ₂ на 40% к 2030 году.%, от 55% к 2030 году. Эти цели являются самыми амбициозными в цементной промышленности и подтверждены Инициативой по научным целям (SBTi) в соответствии со сценарием значительно ниже 2 ^° C. CEMEX ожидает, что эти промежуточные цели помогут компании в достижении ее цели к 2050 году по полному нулевому выбросу углерода в бетоне.

О компании Coolbrook
Coolbrook Ltd. — финско-голландская технологическая и инжиниринговая компания, целью которой является обезуглероживание основных отраслей промышленности, таких как нефтехимия и химическая промышленность, металлургия и производство цемента. Революционная технология вращения Coolbrook сочетает в себе космическую науку, турбомашиностроение и химическую инженерию, чтобы заменить сжигание ископаемого топлива во всех основных отраслях промышленности. Эта технология имеет два основных применения: Roto Dynamic Reactor (RDR) для достижения 100% CO ₂ для производства свободных олефинов и Roto Dynamic Heater (RDH) для обеспечения безуглеродного технологического нагрева для производства чугуна и стали, цемента и химических веществ. Технология Coolbrook, поддерживаемая растущим числом правительств, технологических партнеров, промышленных производителей и природоохранных органов, должна стать новым мировым стандартом в промышленной электрификации.

О CEMEX
CEMEX (NYSE: CX) — глобальная компания по производству строительных материалов, которая строит лучшее будущее с помощью устойчивых продуктов и решений. CEMEX стремится к достижению углеродной нейтральности за счет неустанных инноваций и ведущих в отрасли исследований и разработок. CEMEX находится в авангарде экономики замкнутого цикла в цепочке создания стоимости строительства и является первопроходцем в области увеличения использования отходов и остатков в качестве альтернативного сырья и топлива в своей деятельности с использованием новых технологий. CEMEX предлагает цемент, товарный бетон, заполнители и решения для урбанизации на растущих рынках по всему миру, при поддержке многонациональной рабочей силы, ориентированной на обеспечение превосходного качества обслуживания клиентов благодаря цифровым технологиям. Для получения дополнительной информации посетите: www.cemex.com

Настоящий пресс-релиз содержит прогнозные заявления в соответствии с федеральным законодательством США о ценных бумагах. CEMEX предполагает, что на эти заявления прогнозного характера распространяются положения о безопасной гавани для заявлений прогнозного характера в федеральных законах США о ценных бумагах. Эти прогнозные заявления отражают текущие ожидания и прогнозы CEMEX в отношении будущих событий, основанные на знании CEMEX текущих фактов и обстоятельств и предположений о будущих событиях, а также текущие планы CEMEX, основанные на таких фактах и ​​обстоятельствах. Эти заявления обязательно связаны с рисками и неопределенностями, которые могут привести к существенному отличию фактических результатов от ожиданий CEMEX. Содержание этого пресс-релиза предназначено только для информационных целей, и вы не должны толковать любую такую ​​информацию или другие материалы как юридические, налоговые, инвестиционные, финансовые или другие советы. Эти факторы могут быть пересмотрены или дополнены, но CEMEX не несет и прямо отказывается от каких-либо обязательств по обновлению или исправлению этого пресс-релиза или любого заявления прогнозного характера, содержащегося в нем, будь то в результате новой информации, будущих событий или иным образом. Любые или все прогнозные заявления CEMEX могут оказаться неточными. Соответственно, не следует чрезмерно полагаться на прогнозные заявления, поскольку такие прогнозные заявления действительны только на даты, когда они были сделаны. CEMEX не несет ответственности за содержание каких-либо сторонних веб-сайтов или веб-страниц, на которые есть ссылки или которые доступны в этом пресс-релизе, а также за любые цитаты третьих лиц, цитируемые в нем.

*

Цемент – Анализ – IEA

Ведущие авторы
Дэвид Ходжсон
Пол Хьюз

Авторы
Тиффани Васс

IEA (2022), Cement , IEA, Paris https://www.iea.org/reports/cement, Лицензия: CC BY 4.0

• Поделиться в Твиттере Твиттер
• Поделиться на Facebook Facebook
• Поделиться в LinkedIn LinkedIn
• Поделиться по электронной почте Электронная почта
• Поделиться в печати Печать

Выбросы CO2

Сокращение выбросов CO ₂ при одновременном производстве достаточного количества цемента для удовлетворения спроса будет сложной задачей. Ожидается возобновление роста спроса, поскольку замедление активности в Китае компенсируется расширением на других рынках. Кроме того, с 2015 года интенсивность выбросов при производстве увеличилась, в основном из-за более высокого глобального отношения клинкера к цементу, хотя в последнее время темпы роста замедляются.

Выбросы цемента продолжают расти — необходимы дополнительные инвестиции для разработки и внедрения новых технологий, чтобы соответствовать сценарию Net Zero 

Интенсивность прямых выбросов при производстве цемента в сценарии Net Zero, 2015-2030 гг.

Ключевые стратегии по сокращению выбросов углерода при производстве цемента включают повышение энергоэффективности, переход на топливо с более низким содержанием углерода, повышение эффективности использования материалов (для снижения отношения клинкера к цементу и общего спроса) и продвижение инновационных способов производства с практически нулевым уровнем выбросов. Последние два вносят наибольший вклад в прямое сокращение выбросов в сценарии чистого нуля. Согласование с этим сценарием потребует разработки и развертывания технологии, которая в настоящее время недоступна. Поскольку это может занять некоторое время, соответствующие инвестиции в течение следующего десятилетия будут иметь решающее значение для обеспечения соответствия выбросов цемента сценарию Net Zero.

Энергия

Во всем мире теплоемкость и электроемкость производства цемента за последние десятилетия постепенно снижались по мере того, как печи сухого способа, включая ступенчатые подогреватели и предкальцинаторы (считающиеся самой современной технологией), заменяли печи мокрого способа, а также развернуто более эффективное шлифовальное оборудование. Согласно оценкам, глобальная теплоемкость клинкера оставалась относительно неизменной в течение последних пяти лет и составляла 3,4–3,5 ГДж/т.

Теплоемкость должна значительно снизиться, а использование биоэнергии должно увеличиться, чтобы цемент соответствовал сценарию Net Zero

Глобальная теплоемкость и расход топлива при производстве клинкера в сценарии Net Zero, 2015-2030 гг.

В сценарии Net Zero теплоемкость производства клинкера снижается чуть менее чем на 1% в год до среднемирового уровня около 3,3 ГДж/т, а электроемкость производства цемента в целом снижается до менее 95 кВтч/т (по сравнению с примерно 105 кВтч/т сегодня), без учета дополнительной энергии, необходимой для технологий сокращения выбросов, таких как улавливание и хранение углерода (CCS).

Ископаемые виды топлива по-прежнему обеспечивают большую часть энергии в цементном секторе, при этом биоэнергия и отходы на основе биомассы составляют лишь около 4% тепловой энергии, используемой в 2021 году. Доля биоэнергии и возобновляемых отходов значительно вырастет до 14% в 2030 году в сценарии Net Zero. Между тем, доля отходов на основе ископаемого топлива (таких как пластик, отработанное масло и промышленные отходы на основе ископаемого топлива) остается на уровне около 5% от использования топлива, примерно на том же уровне, что и в 2021 году.  

Активность

В 2021 году было произведено около 4 300 млн тонн цемента, поскольку отрасль восстанавливается после небольшого спада в 2020 году. Китай внес наибольший вклад в мировое производство, на его долю приходится около 55% от общего объема, за ним следует Индия с 8%.

Производство цемента в последние годы оставалось относительно стабильным – в сценарии Net Zero эта тенденция сохраняется благодаря политике повышения эффективности использования материалов

Мировое производство цемента в сценарии Net Zero, 2010–2030 гг.

Производство в Китае, вероятно, сократится в долгосрочной перспективе, но ожидается его увеличение в Индии, других развивающихся странах Азии и Африке по мере развития инфраструктуры этих регионов. Прогнозируется, что это увеличение более чем компенсирует спад в Китае, что приведет к росту мирового производства цемента до 2030 года по базовой траектории.

Это отличается от сценария Net Zero, в котором мировое производство цемента остается относительно неизменным до 2030 года благодаря более эффективному использованию материалов и альтернативным строительным материалам. Действия по снижению спроса на цемент включают оптимизацию использования цемента в бетонных смесях, более эффективное использование бетона, минимизацию отходов в строительстве и максимальное увеличение расчетного срока службы зданий и инфраструктуры.

Развертывание технологий

Клинкер является основным компонентом цемента, и его количество прямо пропорционально выбросам CO ₂ , образующимся при производстве цемента в результате как сжигания топлива, так и разложения известняка в процессе производства клинкера. По оценкам, с 2015 по 2020 год глобальное отношение клинкера к цементу увеличивалось в среднем на 1,6% в год, достигнув примерно 0,72 в 2020 году; это увеличение было основной причиной увеличения прямого CO ₂ Интенсивность производства цемента за период.

И наоборот, отношение клинкера к цементу падает на 1,0% в год до среднемирового значения 0,65 к 2030 году в сценарии Net Zero из-за более широкого использования смешанных цементов и заменителей клинкера. В долгосрочной перспективе более важными станут заменители клинкера, изготовленные из широкодоступных материалов, таких как кальцинированная глина в сочетании с известняком, поскольку декарбонизация других секторов снижает доступность промышленных побочных продуктов, которые в настоящее время используются в качестве альтернативы, таких как летучая зола из угольных электростанций и измельченный гранулированный доменный шлак сталелитейного сектора.

Соотношение клинкера и цемента в мире в последние годы увеличилось — для реализации сценария Net Zero

CCS в сценарии Net Zero, 2015–2030 гг.

Другая технология, которая широко применяется в сценарии Net Zero, — это CCS. Улавливая около 0,1 млн тонн выбросов цемента сегодня, развертывание CCS должно резко увеличиться в течение десятилетия, а к 2030 году — почти 180 млн тонн.  

Инновации

Для сокращения выбросов при производстве цемента необходимы технологические инновации. УХУ, вероятно, сыграет решающую роль в обезуглероживании цемента, поскольку позволит улавливать технологические выбросы. Альтернативы могут включать производство клинкера из некарбонатных источников, чтобы полностью избежать этих выбросов. Среди достижений прошлого года: 

• Проект LEILAC-2, целью которого является использование технологии CCS прямого разделения на заводе по производству цемента в Ганновере, получил финансирование в размере 16 миллионов евро в рамках программы EU Horizon и в настоящее время находится на стадии реализации. планируется ввести в эксплуатацию в 2023 г. Другие проекты CCS продолжают развиваться, в том числе Norcem Brevik, использующий химическую абсорбцию, который планируется ввести в эксплуатацию к 2024 г.  
• Достигнут прогресс в использовании электрических печей для производства клинкера, и в 2022 году компания VTT Decarbonate запустит первый крупный прототип.
• Компания Brimstone, стартап из США, объявила о разработке нового процесса производства цемента с использованием извести из силиката кальция вместо известняка, что позволит избежать образования технологических выбросов в процессе кальцинирования и производить магний- на основе отходов, которые могут даже поглощать выбросы от сжигания топлива. Компания сообщает, что этот процесс будет дешевле, чем традиционные методы производства, и химически идентичен обычному портландцементному клинкеру. Процесс находится на относительно ранней стадии разработки — в лаборатории было произведено около 1 кг — но в 2022 году они объявили о планах построить первый в своем роде демонстрационный завод в Соединенных Штатах.

Чтобы реализовать сценарий Net Zero, технологии производства цемента с практически нулевым уровнем выбросов должны быть коммерциализированы до 2030 года. например, минимизация потребности в энергии для улавливания CO ₂ .

Продвигаются низкоуглеродные инновации благодаря значительным недавним разработкам в области CCS, электрических печей и альтернативных процессов производства клинкера

Вспомогательная инфраструктура

Поскольку CSS, вероятно, будет играть важную роль в сокращении выбросов при производстве цемента, правительства должны разработать планы строительства инфраструктуры для транспортировки и хранения уловленного CO ₂ , поскольку отсутствие вспомогательной инфраструктуры может значительно замедлить внедрение технологий и эффективность. Трубопроводы уже являются наиболее распространенным способом транспортировки CO ₂ , и это, вероятно, будет продолжаться. Важным первым шагом для правительств будет получение общественной поддержки для строительства этих трубопроводов, а также CO ₂ складских помещений, чтобы обеспечить безотлагательное развертывание в будущем. Поскольку прогнозируется снижение использования ископаемого топлива в сценарии Net Zero, правительства со значительной нефтегазовой инфраструктурой могут также захотеть изучить возможность перепрофилирования трубопроводов для транспортировки CO ₂ .

Потребуются значительные инвестиции в расширение инфраструктуры CO2 для реализации сценария Net Zero

Политика

Многие штаты ввели политику, касающуюся промышленных выбросов в целом, что более подробно обсуждается на странице отслеживания МЭА для промышленности. Важные изменения для цемента включают следующее:  

Выбросы цемента регулируются схемами ценообразования в ряде юрисдикций, включая Европейский Союз (вместе с Европейской ассоциацией свободной торговли), Канаду и Корею. Совсем недавно Китай, на долю которого в 2020 г. приходится более половины мирового производства цемента, объявил, что установит цену на выбросы цемента, возможно, уже в 2023 г. 

Европейский союз находится в процессе разработки механизма корректировки углеродных границ для отраслей промышленности, включая цемент, который будет применять тарифы на товары с интенсивными выбросами из иностранных юрисдикций со слабой или отсутствующей политикой выбросов, чтобы ограничить утечку углерода и стимулировать более сильные меры по выбросам в зарубежных странах.

Франция и Япония недавно выпустили дорожные карты по обезуглероживанию цементного сектора, установив конкретные цели по обезуглероживанию и наметив конкретные шаги по обезуглероживанию своих цементных секторов. Французский план предусматривает сокращение выбросов на 35 % к 2030 году. В 2015 году Великобритания выпустила дорожную карту обезуглероживания цемента. 

Многие страны начинают уделять больше внимания проблемам обезуглероживания цемента

Международное сотрудничество

Разработчики политики все больше координируют свою работу для решения проблем, связанных с декарбонизацией цементной и бетонной промышленности, включая угрозу утечки углерода и потребность в дополнительных инвестициях в разработку и внедрение экологически чистых технологий. Важным событием в 2021 году стала COP26, на которой Великобритания и Индия возглавили инициативу Министерства чистой энергетики по глубокой промышленной декарбонизации, направленную на поощрение государственных закупок стали и бетона с низким уровнем выбросов с целью создания рынка для этих товаров.

Расширение международного сотрудничества обнадеживает, но предстоит еще много работы

Стратегии частного сектора

Ряд организаций выпустили планы по достижению нулевого уровня выбросов к 2050 году. Наиболее примечательной является Глобальная ассоциация производителей цемента и бетона (GCCA), чьи компании-члены несут ответственность за 40% мирового производства цемента (80% за пределами Китая), установив цель достижения нулевого уровня выбросов к 2050 году. Европейская ассоциация производителей цемента выпустила собственную дорожную карту выбросов, к которой присоединились несколько национальных ассоциаций, включая Великобританию, Индию, Бразилию и Ассоциацию портландцемента США.

Существуют программы, помогающие повысить энергоэффективность производства цемента на пути к появлению прорывных технологий, в том числе Программа анализа пробелов и поддержки в области оценки предприятий (PEGASUS) и база данных отчетов GNR Глобальной ассоциации цемента и бетона для использования в бенчмаркинг. Другие программы нацелены на инновации, например, программы Innovandi GCCA.

Инициатива Climate Group ConcreteZero, запущенная 5 июля 2022 года с участием 17 фирм, объединяет ведущие компании для создания рынка бетона с почти нулевым уровнем выбросов, при этом участники обязуются закупать бетон с низким уровнем выбросов 30% к 2025 году и 50% к 2030 году. Коалиция первопроходцев — группа компаний, использующих свою покупательную способность для создания ранних рынков инновационных чистых технологий, — также планирует выступить с инициативой по обезуглероживанию бетона на COP27 в Египте.

Вместо того, чтобы реагировать на политику правительства, многие крупные производители цемента и отраслевые ассоциации берут на себя ответственность

Рекомендации для политиков

Как и в промышленности в целом, обезуглероживание цемента потребует множества мер, в том числе:  

• Принятие обязательного CO ₂ политик , охватывающих промышленность, предпочтительно в рамках международного сотрудничества. На национальном уровне это может включать цены на углерод и коммерческие стандарты с низким уровнем выбросов, в то время как корректировки углеродных границ или международные отраслевые соглашения могут рассматриваться для ограничения утечки углерода.
• Управление существующими активами и краткосрочные инвестиции для обеспечения плавного перехода на энергию (обязательный переход на технологию с почти нулевым уровнем выбросов, чтобы избежать проблем с активами).
• Максимальное повышение энергоэффективности за счет ускорения прогресса в области энергоэффективности, вторичной переработки и эффективности материалов. Этому может способствовать внедрение наилучших доступных технологий и стратегий эффективного использования материалов.
• Увеличение инвестиций и финансирования НИОКР и внедрения низкоуглеродных технологий необходимы для обезуглероживания промышленных выбросов, включая инвестиции в CCS и клинкеры на основе альтернативного сырья в случае цемента. Важны как прямая поддержка, так и механизмы, мобилизующие частное финансирование.
• Инвестирование и планирование вспомогательной инфраструктуры , в том числе CO ₂ транспорт и хранение.
• Совершенствование систем сбора, отслеживания и классификации данных , где важны как участие отрасли, так и координация со стороны правительства.

Продвижение комплексной амбициозной политики по сокращению выбросов в промышленности

Рекомендации для политиков и частного сектора

Более широкому внедрению альтернативных видов топлива можно способствовать, перенаправляя отходы со свалок на цементную промышленность и координируя поставки биомассы из устойчивых источников в разных секторах, чтобы обеспечить конкурентоспособный по стоимости доступ к производству цемента.

В долгосрочной перспективе широко доступные заменители клинкера и дополнительные заменители вяжущих материалов, такие как кальцинированная глина в сочетании с известняком, станут более важными, поскольку обезуглероживание производства электроэнергии и производства чугуна и стали снизит доступность этих промышленных побочные продукты. Правительствам следует пересматривать и пересматривать соответствующие строительные нормы, политику закупок и стандарты, чтобы гарантировать, что предписывающие требования не являются препятствием для максимального использования заменителей клинкера.

Расширение использования альтернативных видов топлива и заменителей клинкера

Создание спроса на цемент с почти нулевым уровнем выбросов будет иметь решающее значение. Цемент имеет особую потребность в политике, которая стимулирует использование клинкера с почти нулевым уровнем выбросов, в отличие от более широкой политики, которая могла бы вместо этого поощрять переход на другие материалы или использование цемента только с постепенным сокращением выбросов и, таким образом, не закладывая основу для производства с почти нулевым уровнем выбросов. в долгосрочной перспективе. Это важно, поскольку в мире с нулевыми выбросами потребуется значительное количество клинкера, поскольку цемент очень трудно перерабатывать, заменители клинкера могут составлять лишь около половины цемента для большинства применений, а альтернативные вяжущие, которые могут полностью заменить клинкер, либо на самых ранних стадиях разработки, либо могут использоваться только в определенных приложениях.

Кроме того, остаются значительные препятствия для разработки необходимых технологий, строительства производственных предприятий и создания цепочек поставок для производства клинкера, поэтому необходима целенаправленная поддержка. Примерами могут служить политика государственных закупок, в которой конкретно указывается, что часть цемента должна поступать из производства клинкера с практически нулевым уровнем выбросов, или предварительные рыночные обязательства, гарантирующие закупку цемента с практически нулевым уровнем выбросов. Углеродные контракты на разницу также могут сыграть свою роль.

Внедрение стратегий по созданию спроса на цемент с почти нулевым уровнем выбросов для стимулирования дальнейшего развития и внедрения

Дополнительные ресурсы

Благодарности

• Роб ван дер Меер, CEMBUREAU, обозреватель
• Нур Амрани, FLSmidth, обозреватель
• Коди Финке, Brimstone, обозреватель

Связанные отрасли и технологии

Исследователи данных

Все обозреватели данныхcircle-arrow

• набор данных карты

Ссылки

1. Геологическая служба США, статистика и информация по цементу, https://www.