سیمان

شرکت مستقیم₂شدت تولید سیمان در طی سال های 2015-2021 حدود 1. 5 ٪ در سال افزایش یافته است. در مقابل ، کاهش سالانه 3 ٪ به سال 2030 برای پیگیری با انتشار گازهای خالص صفر تا سناریوی سال 2050 ضروری است. تمرکز واضح تر در دو حوزه کلیدی مورد نیاز است: کاهش نسبت کلینکر به سیمان (از جمله از طریق جذب بیشتر سیمان های ترکیبی) و استفاده از فناوری های نوآورانه مانند ضبط کربن و ذخیره سازی و کلینکرهای ساخته شده از مواد اولیه جایگزین. دولت ها می توانند با تأمین اعتبار تحقیق و توسعه و تظاهرات ، سرمایه گذاری و نوآوری را در این مناطق تحریک کنند ، تقاضا برای سیمان انتشار نزدیک به صفر و اتخاذ CO اجباری ایجاد کنند₂سیاست های کاهش انتشار.

انتشار گاز CO2

کاهش CO₂انتشار گازهای گلخانه ای ضمن تولید سیمان کافی برای برآورده کردن تقاضا چالش برانگیز خواهد بود. انتظار می رود رشد تقاضا از سر گرفته شود زیرا کاهش سرعت فعالیت چینی با گسترش در بازارهای دیگر جبران می شود. علاوه بر این ، شدت تولید گازهای گلخانه ای از سال 2015 افزایش یافته است ، عمدتاً به دلیل نسبت جهانی کلینکر به سیمان-اگرچه اخیراً میزان افزایش در حال کاهش است.

انتشار گازهای گلخانه ای همچنان در حال افزایش است - برای توسعه و استقرار فن آوری های جدید به منظور دستیابی به مسیر با سناریوی خالص صفر ، سرمایه گذاری بیشتری لازم است

شدت انتشار مستقیم تولید سیمان در سناریوی خالص صفر ، 2015-2030

استراتژی های کلیدی برای کاهش انتشار کربن در تولید سیمان شامل بهبود بهره وری انرژی ، جابجایی به سوخت های کربن پایین ، ترویج راندمان مواد (برای کاهش نسبت کلینکر به سیمان و تقاضای کل) و پیشبرد مسیرهای تولیدی نزدیک به صفر است. دو مورد اخیر بیشترین کمک را برای کاهش انتشار انتشار در سناریوی خالص صفر دارند. هماهنگی با آن سناریو نیاز به توسعه و استقرار فناوری دارد که در حال حاضر در دسترس نیست. از آنجا که ممکن است زمان لازم باشد ، سرمایه گذاری مناسب طی یک دهه آینده برای دریافت انتشار گازهای گلخانه ای با سناریوی خالص صفر بسیار مهم خواهد بود.

انرژی

در سطح جهان ، انرژی حرارتی و شدت برق تولید سیمان به تدریج طی دهه های گذشته کاهش یافته است به عنوان کوره های فرآیند خشک-از جمله پیش روهای مرحله بندی شده و پیشرونده (فناوری پیشرفته)-جایگزین کوره های فرآیند مرطوب و بیشترتجهیزات سنگ زنی کارآمد مستقر شده است. تخمین زده می شود که شدت انرژی حرارتی جهانی کلینکر طی پنج سال گذشته نسبتاً مسطح باقی مانده است ، در 3. 4-3. 5 گرم در T.

شدت انرژی حرارتی باید به طور قابل توجهی کاهش یابد و استفاده از بیولوژیکی برای سیمان باید با سناریوی خالص صفر تراز شود

شدت انرژی حرارتی جهانی و مصرف سوخت تولید کلینکر در سناریوی خالص صفر ، 2015-2030

در سناریوی خالص صفر ، شدت انرژی حرارتی تولید کلینکر با اندکی کمتر از 1 ٪ در سال کاهش می یابد و میانگین جهانی در حدود 3. 3 گرم در T و شدت برق تولید سیمان به طور کلی به کمتر از 95 کیلووات ساعت در تن کاهش می یابد(نسبت به امروز حدود 105 کیلووات ساعت در ساعت) ، به استثنای انرژی اضافی مورد نیاز برای فن آوری های کاهش انتشار مانند ضبط و ذخیره کربن (CCS).

سوخت‌های فسیلی همچنان بخش اعظم انرژی را در بخش سیمان تأمین می‌کنند، با انرژی زیستی و زباله‌های مبتنی بر زیست توده تنها حدود 4 درصد از انرژی حرارتی مورد استفاده در سال 2021 را تشکیل می‌دهند. سهم انرژی زیستی و زباله‌های تجدیدپذیر به طور قابل‌توجهی به 14 درصد در سال 2030 رشد می‌کندسناریوی صفر خالص. در همین حال، سهم زباله‌های فسیلی (مانند پلاستیک، روغن‌های باطله و زباله‌های صنعتی مبتنی بر فسیل) در حدود 5 درصد از مصرف سوخت باقی می‌ماند، تقریباً همان چیزی که در سال 2021 بود.

فعالیت

تقریباً 4300 میلیون تن سیمان در سال 2021 تولید شد، زیرا صنعت پس از یک رکود کوچک در سال 2020 بهبود یافت. چین بزرگترین مشارکت کننده در تولید جهانی بود که حدود 55 درصد از کل تولید را به خود اختصاص داد و پس از آن هند با 8 درصد قرار دارد.

تولید سیمان در سال های اخیر نسبتا ثابت مانده است - سناریوی صفر خالص این روند را از طریق سیاست های بهره وری مواد ادامه می دهد.

تولید جهانی سیمان در سناریوی صفر خالص، 2010-2030

احتمالاً تولید در چین در بلندمدت کاهش می‌یابد، اما افزایش در هند، سایر کشورهای آسیایی در حال توسعه و آفریقا با توسعه زیرساخت‌های خود در این مناطق پیش‌بینی می‌شود. پیش‌بینی می‌شود که این افزایش‌ها بیش از کاهش کاهش در چین را جبران کند و در نتیجه رشد تولید جهانی سیمان تا سال 2030 تحت یک مسیر پایه را به همراه داشته باشد.

این با سناریوی خالص صفر، که در آن تولید جهانی سیمان تا سال 2030 به دلیل استفاده از مواد کارآمدتر و مصالح ساختمانی جایگزین نسبتاً ثابت باقی می ماند، متفاوت است. اقدامات برای کاهش تقاضای سیمان شامل بهینه سازی استفاده از سیمان در مخلوط های بتنی، استفاده کارآمدتر از بتن، به حداقل رساندن ضایعات در ساخت و ساز و به حداکثر رساندن عمر طراحی ساختمان ها و زیرساخت ها است.

استقرار فناوری

کلینکر ماده اصلی سیمان است و مقدار مصرف آن با CO نسبت مستقیم دارد₂انتشار گازهای گلخانه ای در تولید سیمان، به دلیل احتراق سوخت و تجزیه سنگ آهک در فرآیند تولید کلینکر. از سال 2015 تا 2020، نسبت کلینکر به سیمان جهانی به طور متوسط 1. 6 درصد در سال افزایش یافته است و در سال 2020 به 0. 72 رسیده است. این افزایش دلیل اصلی افزایش CO2 مستقیم بود₂شدت تولید سیمان در طول دوره

برعکس، نسبت کلینکر به سیمان به دلیل استفاده بیشتر از سیمان های مخلوط و جایگزین های کلینکر، سالانه 1. 0 درصد کاهش می یابد و به میانگین جهانی 0. 65 تا سال 2030 در سناریوی صفر خالص می رسد. در دراز مدت، جایگزینی کلینکر ساخته شده از مواد به طور گسترده در دسترس - مانند خاک رس کلسینه در ترکیب با سنگ آهک - اهمیت بیشتری پیدا می کند، زیرا کربن زدایی از سایر بخش ها در دسترس بودن محصولات جانبی صنعتی را کاهش می دهد که در حال حاضر به عنوان جایگزین استفاده می شوند، مانند خاکستر بادی ازنیروگاه های زغال سنگ و سرباره کوره بلند دانه بندی شده از بخش فولاد.

نسبت کلینکر به سیمان جهانی در سال‌های اخیر افزایش یافته است - استفاده بیشتر از جایگزین‌های کلینکر و فناوری‌های نوآورانه برای دستیابی به سناریوی خالص صفر مورد نیاز است.

استقرار CCS در سناریوی خالص صفر، 2015-2030

فناوری دیگری که در سناریوی Net Zero به طور گسترده گسترش می یابد، CCS است. امروزه با جذب حدود 0. 1 میلیون تن از انتشار سیمان، استقرار CCS باید به شدت در طول دهه افزایش یابد و تقریباً 180 میلیون تن در سال 2030 را جذب کند.

نوآوری

برای کاهش انتشار فرآیند سیمان ، نوآوری فن آوری مورد نیاز است. CCS به احتمال زیاد نقش مهمی در سیمان دکربن سازی ایفا می کند ، زیرا این امر باعث می شود ضبط انتشار فرآیند باشد. گزینه های دیگر ممکن است شامل ساخت کلینک ها از منابع غیر کربنات برای جلوگیری از این انتشار در کل باشد. تحولات سال گذشته شامل موارد زیر است:

• پروژه LEILAC-2 ، که هدف آن استفاده از فناوری CCS جداسازی مستقیم در یک تولید کننده سیمان در هانوفر است ، توسط برنامه Horizon اتحادیه اروپا 16 میلیون یورو اهدا شده است ، و در حال حاضر در مسیر عملیاتی شدن در سال 2023 است. سایر پروژه های CCS ادامه داردپیشرفت ، از جمله Norcem Brevik - با استفاده از جذب شیمیایی - که هدف آن عملیاتی شدن تا سال 2024 است.
• پیشرفت با استفاده از کوره های برقی برای تولید Clinker انجام شده است ، در سال 2022 شاهد استقرار اولین نمونه اولیه بزرگ از DeCarbonate VTT بود.
• Brimstone-یک استارت آپ مستقر در ایالات متحده-از توسعه یک فرآیند جدید برای سیمان سازی که آهک از سنگهای سیلیکات کلسیم به جای سنگ آهک تهیه می کند ، اعلام کرده است که از تولید انتشار فرآیند در فرآیند کلسیناسیون جلوگیری می کند و زباله های مبتنی بر منیزیم ایجاد می کندمحصولی که حتی می تواند انتشار گازهای گلخانه ای را از احتراق سوخت جذب کند. این شرکت گزارش می دهد که این روند ارزان تر از تکنیک های تولید سنتی و شیمیایی یکسان با کلینکر سیمان معمولی پورتلند است. این روند در مراحل نسبتاً اولیه توسعه-حدود 1 کیلوگرم در آزمایشگاه تولید شده است-اما در سال 2022 آنها اعلام کردند که قصد دارند یک کارخانه تظاهرات از نوع اول را در ایالات متحده بسازند.

برای پیگیری با سناریوی خالص صفر ، تقریباً فن آوری های تولید سیمان انتشار صفر باید قبل از سال 2030 تجاری شوند. در زمینه انرژی فعلی ، پیشبرد نوآوری در جهت کاهش مصرف انرژی در فناوری های انتشار تقریباً صفر ، مانند به حداقل رساندن مهمتر از همیشه مهمتر از همیشه است. انرژی لازم برای گرفتن CO است₂.

نوآوری کم کربن در حال پیشرفت است ، با تحولات قابل توجهی در CCS ، کوره های برقی و فرآیندهای تولید جایگزین کلینکر

زیرساخت های پشتیبانی

از آنجا که احتمالاً CSS نقش مهمی در کاهش انتشار گازهای گلخانه ای از تولید سیمان دارد ، دولت ها باید برنامه هایی را برای ساخت زیرساخت ها برای حمل و نقل و ذخیره CO اسیر شده انجام دهند₂، به عنوان عدم حمایت از زیرساخت ها می تواند استقرار و اثربخشی فناوری را به میزان قابل توجهی به تأخیر بیندازد. خطوط لوله در حال حاضر رایج ترین روش برای حمل و نقل شرکت است₂، و این احتمالاً ادامه خواهد یافت. یک قدم مهم برای دولت ها به دست آوردن حمایت عمومی از ساخت این خطوط لوله و همچنین CO است₂امکانات ذخیره سازی ، برای اطمینان از اینکه استقرار بعدی می تواند بدون تأخیر ادامه یابد. از آنجا که پیش بینی می شود مصرف سوخت فسیلی در سناریوی خالص صفر کاهش یابد ، دولت هایی که دارای زیرساخت های قابل توجه نفت و گاز هستند نیز ممکن است بخواهند امکان سنجی خطوط لوله را برای حمل و نقل CO مطالعه کنند₂.

سرمایه گذاری قابل توجه در گسترش زیرساخت های CO2 برای پیگیری با سناریوی خالص صفر مورد نیاز است

خط مشی

بسیاری از ایالت ها سیاست هایی را برای پرداختن به انتشار گازهای گلخانه ای به طور کلی معرفی کرده اند که به طور طولانی در صفحه ردیابی IEA برای صنعت مورد بحث قرار گرفته است. تحولات مهم سیمان شامل موارد زیر است:

انتشار گازهای گلخانه ای سیمان توسط طرح های قیمت گذاری در تعدادی از حوزه های قضایی از جمله اتحادیه اروپا (به همراه انجمن تجارت آزاد اروپا) ، کانادا و کره مورد بررسی قرار می گیرد. اخیراً چین - مسئول تولید بیش از نیمی از سیمان جهان در سال 2020 - اعلام کرده است که قیمت انتشار سیمان را احتمالاً به محض سال 2023 قرار خواهد داد.

اتحادیه اروپا در حال توسعه یک مکانیسم تنظیم مرز کربن برای صنایع ، از جمله سیمان است که می تواند تعرفه ای را برای کالاهای فشرده انتشار از حوزه های قضایی خارجی با سیاست انتشار گازهای ضعیف یا غایب در تلاش برای محدود کردن نشت کربن و تحریک اقدامات انتشار گازهای قوی تر اعمال کند. در کشورهای خارجی

فرانسه و ژاپن به تازگی نقشه راه هایی را برای دکربان کردن بخش سیمان منتشر کرده اند ، اهداف خاص دکربونیزاسیون را تعیین می کنند و مراحل مشخصی را برای دفع کربن سازی بخش های سیمان خود ارائه می دهند. برنامه فرانسوی خواستار کاهش انتشار 35 ٪ تا سال 2030 است. انگلستان نقشه راه دفع کربن سازی خود را برای سیمان در سال 2015 منتشر کرد.

بسیاری از کشورها شروع به تمرکز بر چالش های سیمان دفعبن سازی می کنند

همکاری بین المللی

سیاست گذاران به طور فزاینده ای در حال هماهنگی کار خود برای رفع چالش هایی هستند که با دفع کربن سازی صنعت سیمان و بتن روبرو هستند ، از جمله تهدید ناشی از نشت کربن و نیاز به سرمایه گذاری بیشتر در توسعه و استقرار فناوری پاک. یک پیشرفت بزرگ در سال 2021 در COP26 بود ، جایی که انگلستان و هند منجر به ابتکار عمل دکربن سازی عمیق وزیر انرژی پاک برای تشویق تهیه عمومی از فولاد و بتن با انتشار کم به منظور ایجاد بازار برای این کالاها شدند.

افزایش همکاری بین المللی دلگرم کننده است ، اما کارهای بیشتری باید انجام شود

استراتژی های بخش خصوصی

تعدادی از سازمان ها تا سال 2050 نقشه راه را برای رسیدن به صفر خالص منتشر کرده اند. مهمترین آنها انجمن جهانی سیمان و بتن (GCCA) است - شرکت های عضو آن مسئول 40 ٪ از تولید سیمان جهانی (80 ٪ خارج از چین) هستند - تعیین یک هدفبرای انتشار خالص صفر تا سال 2050. انجمن سیمان اروپا یک نقشه راه انتشار گازهای گلخانه ای خود را منتشر کرده است که به چندین انجمن ملی از جمله انگلستان ، هند ، برزیل و در ایالات متحده انجمن سیمان پورتلند پیوست.

برنامه هایی برای کمک به بهبود بهره وری انرژی در تولید سیمان در جاده برای ورود به فناوری دستیابی به موفقیت ، از جمله برنامه تجزیه و تحلیل شکاف و پشتیبانی از ارزیابی گیاهان (PEGASUS) و بانک اطلاعات جهانی گزارش GNR انجمن سیمان و بتن برای استفاده در معیار است. برنامه های دیگر نوآوری ، مانند برنامه های Innovandi GCCA را هدف قرار می دهند.

ابتکار عمل Concretezero Group Group ، که در 5 ژوئیه 2022 با 17 شرکت عضو آغاز شد ، مشاغل پیشرو را برای ایجاد بازاری برای بتن نزدیک به صفر جمع می کند ، اعضا متعهد می شوند تا سال 2025 30 ٪ بتن کم انتشار را تهیه کنند و تا سال 2030 50 ٪. ائتلاف Movers - گروهی از شرکت ها که از قدرت خرید خود برای ایجاد بازارهای اولیه برای فن آوری های خلاقانه خلاقانه استفاده می کنند - همچنین قصد دارند ابتکار عمل خود را برای بتن سازی در COP27 در مصر آغاز کنند.

به جای واکنش به سیاست های دولت ، بسیاری از تولید کنندگان اصلی سیمان و انجمن های صنعت در دست خودشان اقدام می کنند

توصیه هایی برای سیاست گذاران

همانطور که در صنعت به طور کلی ، دکربن سازی سیمان به اقدامات متعدد نیاز دارد ، از جمله:

• اتخاذ شرکت اجباری₂سیاست های پوشش صنعت ، ترجیحاً با همکاری بین المللی. در داخل کشور این ممکن است شامل قیمت کربن و استانداردهای قابل انتشار قابل حمل باشد ، در حالی که ممکن است تنظیمات مرزی کربن یا توافق نامه های بین المللی برای محدود کردن نشت کربن در نظر گرفته شود.
• مدیریت دارایی های موجود و سرمایه گذاری نزدیک به مدت به منظور ایجاد یک انتقال انرژی صاف (اجباری کردن نوسازی به فناوری انتشار نزدیک به صفر برای جلوگیری از دارایی های رشته ای).
• به حداکثر رساندن بهره وری انرژی با تسریع در پیشرفت در بهره وری انرژی ، بازیافت و راندمان مواد. استقرار بهترین فن آوری های موجود و استراتژی های کارآیی مواد می تواند این امر را تسهیل کند.
• افزایش سرمایه گذاری و امور مالی برای تحقیق و توسعه و استقرار برای فن آوری های کم کربن که برای انتشار فرآیند دفع کربن سازی از صنعت ، از جمله سرمایه گذاری در CCS و کلینکرها بر اساس مواد اولیه جایگزین در مورد سیمان ضروری است. هم پشتیبانی مستقیم و هم مکانیسم هایی که امور مالی خصوصی را بسیج می کنند مهم هستند.
• سرمایه گذاری و برنامه ریزی برای حمایت از زیرساخت ها ، از جمله برای CO₂حمل و نقل و ذخیره سازی.
• بهبود سیستم های جمع آوری داده ها ، ردیابی و طبقه بندی ، جایی که مشارکت صنعت و هماهنگی دولت هر دو مهم هستند.

یک چارچوب جامع و جاه طلبانه برای کاهش انتشار گازهای

توصیه هایی برای سیاست گذاران و بخش خصوصی

جذب بیشتر سوخت های جایگزین را می توان با تغییر مسیر زباله از محل های دفن زباله به صنعت سیمان و با هماهنگی عرضه زیست توده با منبع پایدار در بخش ها تسهیل کرد تا امکان دسترسی رقابتی برای تولید سیمان را فراهم کند.

در طولانی مدت ، جایگزین های کلینکر و جایگزین های مواد سیمانی تکمیلی که به طور گسترده ای در دسترس هستند- مانند خاک رس کلسینه شده در ترکیب با سنگ آهک- از اهمیت بیشتری برخوردار خواهد شد ، زیرا دفع کربن سازی تولید برق و آهن و فولاد باعث کاهش دسترسی این توسط این واسطه صنعتی می شود. محصولاتدولت ها باید کدهای ساختمان مربوط به ساختمان ، سیاست های تهیه و استانداردها را بررسی و تجدید نظر کنند تا اطمینان حاصل شود که الزامات تجویز مانعی برای به حداکثر رساندن جذب جایگزین های کلینکر نیست.

افزایش جذب سوخت های جایگزین و جایگزین های کلینکر

ایجاد تقاضا برای سیمان انتشار نزدیک صفر بسیار مهم خواهد بود. سیمان نیاز خاصی به سیاست هایی دارد که باعث ایجاد استفاده از کلینکر انتشار نزدیک به صفر می شود ، بر خلاف سیاست های گسترده تر که در عوض ممکن است تغییر به مواد مختلف یا استفاده از سیمان را با کاهش انتشار افزایشی ترغیب کند ، و بنابراین زمینه را برای تولید نزدیک به صفر تولید نمی کند. در طولانی مدتاین مهم است زیرا مقادیر قابل توجهی از کلینکر در دنیای خالص صفر مورد نیاز خواهد بود ، زیرا سیمان برای بازیافت بسیار دشوار است ، جایگزین های کلینکر فقط می توانند حدود نیمی از سیمان را برای اکثر برنامه ها تشکیل دهند ، و عوامل اتصال دهنده جایگزین که می توانند کاملاً جایگزین کلینکر شوندیا در مراحل اولیه توسعه یا فقط در برنامه های خاص قابل استفاده است.

علاوه بر این ، موانع قابل توجهی برای توسعه فن آوری های مورد نیاز ، ساختن کارخانه های تولید و ایجاد زنجیره های تأمین برای تولید کلینکر باقی مانده است ، بنابراین پشتیبانی هدفمند لازم است. مثالها می تواند سیاست های تهیه عمومی باشد که به طور خاص مشخص می کند که بخشی از سیمان باید از تولید تقریباً صفر انتشار کلینکر یا تعهدات پیشرفته بازار باشد که تضمین خرید سیمان انتشار نزدیک به صفر است. قراردادهای کربن برای تفاوت نیز می تواند نقش داشته باشد.