Cement, vápno a sklo. Tři hlavní produkty emisně náročného sektoru - tzv. minerálního průmyslu. Jeho dekarbonizace nebude snadná, protože nestačí pouze nahradit fosilní paliva při spalování, velká část emisí vzniká také při chemických reakcích během výroby, zejména u cementu a vápna. Bez cementu, vápna a skla se společnost neobejde a světová poptávka po těchto produktech bude v následujících letech nejspíše růst. Následující text představuje různé scénáře dekarbonizace minerálního průmyslu a opírá se o studie průmyslových asociací či konzultačních firem. Nepopisuje jedinou možnou cestu, neboť přesné poměry použitých technologií budou záviset na budoucím vědeckém vývoji, ekonomické situaci i regionálních rozdílech.
cement a jeho emise
Při produkci cementu vzniká 60 % emisí CO2 při chemické reakci, která se nazývá kalcinace. Působením tepla se vápenec rozkládá na oxid vápenatý a oxid uhličitý. Vzhledem k postupující urbanizaci a s ní související výstavbě není výrazné snížení poptávky po cementu do budoucna pravděpodobné. U dekarbonizace výroby cementu hraje zachytávání CO2 pomocí technologie CCS a jeho následné uložení či využití hlavní roli. 7 Zařízení na CCS dovede zachytit 90-95 % emisí dané cementárny a jedná se tak o hlavní technologii dekarbonizace cementu, bez které se uhlíkové neutrality nelze přiblížit. Většina zachyceného CO2 by byla uložena v podzemních geologických formacích, ale část lze uložit i v samotném betonu, např. formou přimíchání nebo v rámci procesu vytvrzování. Takto přidaný oxid uhličitý mineralizuje do podoby stabilních uhličitanů a je díky tomu zadržen na dlouhou dobu. V roce 2050 může technologie CCS či beton vytvrzený uhlíkem představovat přibližně polovinu snížení emisí ve srovnání s emisemi z cementu, který se vyrábí dnes.
Ekonomické důvody ukazují, že CCS nebude tvořit jediné řešení a ke snížení emisí dojde i jinými způsoby. Recyklace betonu - v současné době není recyklace betonu příliš běžná. Jejímu širšímu využití by napomohly změny některých principů při stavbě i navrhování staveb, které by zároveň vedly k nižší spotřebě zdrojů. Kromě toho lze recyklovat i hotový beton, zatím tomu ale často bránila nejistota v kvalitě a vlastnostech recyklovaného materiálu. Nahrazení betonu - Lze méně stavět z betonu a místo toho používat například dřevo. Alternativní úsporná řešení - Hovoří se například o 3D tisku budov, které zatím nelze aplikovat ve velkém měřítku. Jako schůdnější cesta se jeví využití menších modulárních jednotek, které byly předvyrobeny v továrnách. Ty by do stavebnictví přinesly větší efektivitu, a tedy opět ušetřily emise i finance. Ke snížení emisí může přispět i probíhající digitalizace stavebnictví (BIM) - díky lepšímu přehledu o celé stavbě bude vznikat méně odpadu a pravděpodobně bude potřeba i méně betonu.
Výroba vápna a její emise
Výroba vápna tvoří přibližně 1 % světových emisí CO2.15 Vápno nachází uplatnění v řadě průmyslů, stavebnictví, zemědělství, papírnictví, potravinářství nebo při čištění pitné vody. Největší množství (co se týče jednotlivého účelu) se pak využívá v ocelářském průmyslu, kde slouží při zpracování surového železa na ocel. Dvě třetiny emisí vznikají u výroby vápna procesem kalcinace stejně jako u cementu. Tento proces přeměny v současnosti není možné přímo nahradit jiným, emisně méně náročným. Podobně jako u cementu nelze ani u vápna do budoucna očekávat pokles spotřeby. Především pak kvůli zmíněné oceli, na jejíž výrobě se vápno podílí a jejíž využití má do budoucna stále růst. Stejně jako u cementu představuje i zde CCS nejvýznamnější způsob snížení emisí.
Vodík - Lze využít jako palivo, které by znamenalo snížení emisí CO2 až o třetinu. Dosažení minimálního znečištění ze spalování je ale podmíněno fungováním pecí výhradně na vodík a také dostupností nízkoemisního vodíku.
Výroba skla a její emise
Výroba skla tvoří přibližně 0,3 % světových emisí CO2. Se sklem se lze nejčastěji setkat ve formě obalů či oken a jedná se o materiál, který lidstvo vyrábí již tisíce let. U skla je hlavním zdrojem emisí spalování, které produkuje 75-85 % emisí CO2. Zbylých 15-25 % připadá na chemické reakce, především související se sklářskými surovinami. U skla nelze do budoucna očekávat úspory ve využití či jeho větší substituci. Zároveň představuje důležitý materiál v rámci transformace a dekarbonizace jiných oblastí. Izolační dvojskla a trojskla v oknech, stejně jako izolující skelná vata pomáhají se snížením tepelných ztrát budov. Sklo je také součástí solárních panelů, kde tvoří významnou část hmotnosti panelu, ale i spotřeby energie, která je k jeho výrobě potřeba.
Podle scénáře od společnosti British Glass by celkové emise snížila nejvíce (zhruba o polovinu) částá částečná elektrifikace výroby, která by zmenšila podíl jiných paliv. Částečná proto, že menší pece je sice už dnes možné stavět jako plně elektrifikované, ale kromě omezené produkce má jejich konstrukce další výrazné limity (např. v maximální dosažené teplotě). Nezanedbatelnou roli hrají i náklady na elektřinu, které by u větších provozů byly neúnosné. V současných vysokokapacitních sklářských pecích se elektřina využívá jen v omezené míře. Teprve v budoucnu - díky novým designům hybridních pecí, které kombinují elektrifikaci a jiné palivo - by se mohl podíl elektřiny na celkové energii potřebné k tavení zvýšit na 20-80 %.
Vodík - U skla bude důležitý také přechod na vodík, který nahradí zemní plyn jako palivo tam, kde elektrifikace nebude možná. Recyklace - V EU se už v současnosti recykluje 76 % obalového skla. Stejně tak se už dnes při výrobě přidávají střepy ze sběrného skla, což podstatně redukuje současnou energetickou i emisní náročnost produkce. S výrazně vyšší cirkularitou se proto ve sklářství počítat nedá. Zachytávání oxidu uhličitého - CCS se z ekonomických a technologických důvodů považuje za vhodné řešení pouze pro relativně velké pece, které navíc pracují s nižšími podíly střepů.
Kroky procesem cementářské výroby: přehled fází
- Krok 2: Výpal slínku - Slínek je hlavní složka cementu a získává se vypálením vápencového slínu při teplotách vyšších než 1450 °C v rotační peci. Cement se poté vyrobí namletím slínku spolu s dalšími složkami.
- Krok 3: Mletí cementu - Hotový slínek je uskladněn v silech.
- Krok 5: Rekultivace vytěžených částí lomu - Rekultivace těžebních oblastí je jedním z hlavních aspektů dlouhodobé strategie, např. plocha zemědělská, biokoridory, jezírka a meliorační rýhy.
V Holcim jsme si dobře vědomi toho, že těžba potřebných surovin pro výrobu cementu znamená zásah do okolní krajiny. Proto věnujeme značnou pozornost rekultivaci a implementujeme komplexní opatření. Pro výrobu cementu v Čížkovicích se používá vápencový slín, těžený povrchovým způsobem v nedalekém lomu. Vyrábí směsné cementy, kde část slínku nahrazují jiné suroviny (např. vápenec, popílek, struska). To může snížit emise až o 27 %. Nabízí produkty s nižší uhlíkovou stopou, např. ECOPlanet, u kterých je emise CO2 z výroby přibližně o třetinu nižší než u běžného portlandského cementu. Modernizuje technologie, např. v rotačních pecích se používají odpady jako alternativní paliva i suroviny. Po ukončení těžby probíhá rekultivace, tedy obnova krajiny. Instalují se moderní filtrační systémy, které významně snižují prašnost. Do roku 2020 cementárna investovala přes 16 mil. Kč.
Další poznámky a výzkum
Českomoravský cement a spolupracující výzkumné instituce zkoumají možnosti snižovat emisní zátěž. Například diatomitový separát z křemeliny (kalcinovaný) se zpracovává a testuje jako přísada ke slínku. Laboratorní zkoušky potvrzují, že cement s kalcinovaným diatomitovým separátem splňuje normami požadované nároky na pevnost materiálu a vykazuje stabilitu. Výzkumný tým ukazuje potenciál nižší environmentální zátěže díky novým příměsím a materiálům. V roce 2021 se v Česku vyrobilo více než 4 700 kilotun cementu a vyprodukovalo přibližně 3 100 kilotun oxidu uhličitého.
Nejrozšířenějším typem cementu je portlandský cement, který vzniká pálením vápence s příměsmi. Při tomto procesu vzniká oxid uhličitý hned dvěma způsoby: při pálení vápence a následně při zpracování slínku. Výroba portlandského slínku je kapacitně náročná (přibližně 1 000-1 200 tun denně na jednu malou cementárnu). VUT zkoumá možnosti, jak připravit vhodnou přísadu ke slínku. Křemelina a diatomitový separát se ukazují jako potenciální cesta ke snížení emisí, které by mohly být realizovány bez narušení normativních požadavků na pevnost cementu.
Proces výroby cementu je tedy složitý a energeticky náročný, a proto výzkumníci hledají způsoby, jak jej učinit efektivnějším a ekologičtějším. Nejefektivnějšími současnými způsoby dekarbonizace zůstává CCS, případně využití recyklovaných a druhotných surovin v kombinaci s nižšími uhlíkovými zdroji v surovinové směsi.
