Industria cimentului în schimbările climatice

După ani de dispute, noul standard pentru ciment EN 197-5 a fost în sfârșit publicat în iulie 2021. Acesta definește condiții-cadru pentru o reducere semnificativă a conținutului de clincher din ciment – un pas important către obiectivul neutralității CO2 în construcțiile din beton. MC oferă deja o gamă largă de produse care permit chiar și la betoanele cu un conținut de clincher scăzut să se obțină rezultatele necesare.

Cimentul este cel mai important material de construcție din lume, practic indispensabil oricărei construcții noi. Reacția sa cu apa este cea care leagă nisipul și pietrișul împreună pentru a crea beton. Oricât de esențial este, impactul său asupra schimbărilor climatice provocate de om este fără echivoc.

Fiecare tonă de ciment Portland reprezintă 800 kg de CO2 eliberat în atmosferă

Arderea combustibililor fosili necesari pentru a încălzi un cuptor rotativ la peste 1.400 °C dă deja naștere la o cantitate suficientă de CO2. Dar acest proces cauzează doar o treime din emisiile de gaze cu efect de seră care rezultă; două treimi din amprenta de carbon atribuită cimentului clasic provine din calcarul sau carbonatul de calciu care este ars ca materie primă pentru a face clincher. Procesul chimic din spatele acestui lucru se numește deacidificare: materia primă carbonat de calciu, CaCO3, se descompune în timpul arderii pentru a forma clincher, CaO, plus CO2. Dacă cele două procese sunt luate împreună și se adaugă aportul de energie al prelucrării ulterioare, de exemplu măcinarea cimentului necesar sub formă de pulbere fină, totalul de CO2 eliberat per tona de ciment Portland comercializată este de aproximativ 800 kg.

Patru miliarde de tone de ciment pe an

Patru miliarde de tone de ciment sunt produse în întreaga lume în fiecare an. În această perioadă, o fabrică de ciment tipică produce în medie aproximativ un milion de tone de ciment. Germania are peste 50 de astfel de facilități. Deși au existat multe discuții la nivel global de ani de zile despre zborurile aeronavelor care dăunează climei, centralele electrice pe cărbune sau motoarele diesel, sectorul construcțiilor pare, prin comparație, să fi scăpat controlului public. Motivul principal: în prezent, pur și simplu nu există alternative la utilizarea cimentului în industria construcțiilor. În Germania, de exemplu, 30 de milioane de tone de ciment au fost consumate în 2020 – provocând emisii de aproximativ 24 de milioane de tone de CO2. Prin comparație: China folosește peste 2,5 miliarde de tone de ciment în fiecare an. Emisiile de CO2 rezultate din producția globală de ciment sunt atât de mari încât sunt responsabile pentru aproximativ opt la sută din emisiile antropomorfe de gaze cu efect de seră la nivel mondial – și, prin urmare, pentru o amprentă de carbon mai mare decât traficul aerian global și toate centrele de date din lume la un loc. Având în vedere cererea în creștere pe piețele emergente precum India, Asia și Africa, această cifră este probabil să crească și mai mult în următorii ani.

Obiectiv: Reducerea amprentei de carbon a construcțiilor

În mod corespunzător, se fac eforturi uriașe pentru a face procesele din spatele producției de ciment mai sustenabile: combustibilii fosili necesari pentru ardere au fost deja în mare parte înlocuiți cu alternative pe bază de biomasă cu o amprentă mai mică de CO2, iar eficiența proceselor asociate a fost, de asemenea, optimizată în continuare. Tendința este către cimenturi în care conținutul Portland, cunoscut și sub denumirea de clincher, este redus prin introducerea de substanțe reactive sau inerte. Acest lucru a dus la o reducere a conținutului de clincher la o medie de 70% din cifra predominantă în urmă cu zece ani.

Noi grupuri de ciment cu clincher redus

În întreaga lume, se efectuează cercetări pentru a identifica o serie de alternative la ciment ca material de bază în construcția clădirilor. Cu toate acestea, problema în fabricarea cantităților necesare pare de nerezolvat în viitorul. Deci calea cel mai probabil a fi adoptată este aceea de reducere semnificativă a procentului de clincher în tipurile de cimenturi care există deja astăzi. Și aceasta este abordarea adoptată în noul standard pentru ciment EN 197-5. Descrie două noi clase de ciment, cimenturi compozite Portland CEM II/C-M și cimenturi compozite de gradul CEM VI, care asigură capacitatea de utilizare în structurile din beton în ciuda conținutului lor scăzut de clincher. Standardul este rezultatul multor ani de cercetare care se concentrează în special pe durabilitatea betoanelor cu clincher scăzut. Ideea din spatele dezvoltării lor este de a măcina cimentul clasic mai fin și de a-l „alia” cu substanțe mai puțin reactive. În comparație cu cimentul Portland clasic, cu conținutul său de clincher de 95 %, cimenturile CEM II/CM și CEM VI acoperite de EN 197-5 ar trebui să permită utilizarea mai largă a opțiunilor mai eficiente din punct de vedere al clincherului ca un pas către obiectivul neutralității CO2 în construcțiile din beton. Pentru CEM II/C-M, conținutul de clincher poate fi redus până la 50 % din masă, iar pentru cimenturile compozite din grupa CEM VI până la 35 % din masă.

Pentru componente clasice interne și elemente de construcție exterioare obișnuite

Este clar că un ciment cu un conținut complet de clincher, adică ciment Portland, are performanțe diferite față de un ciment în care conținutul de clincher a fost redus la jumătate. Acest lucru se reflectă mai ales în dezvoltarea timpurie a rezistenței și rata de întărire a suprafeței. Conținutul mai scăzut de clincher încetinește semnificativ hidratarea betonului. Deși betoanele mai noi pot fi ajustate la o rezistență normală de 28 de zile prin măcinarea cimentului deosebit de fin, unele proprietăți, cum ar fi rezistența la îngheț sau impermeabilitatea structurii la mediile penetrante, pot avea rezultate reduse. În consecință, deși aceste cimenturi sunt potrivite pentru componentele interioare și pentru elemente de construcție exterioare clasice, cu expunere normală la precipitații, ele nu sunt aplicabile necondiționat pentru toate clasele de expunere. Prin urmare, regulile de aplicare sunt în prezent în curs de dezvoltare, aprobările autorităților de construcții fiind emise ad-hoc pe baza investigațiilor individuale. Pentru aplicarea principală la componentele interioare și la elementele exterioare de construcție expuse la îngheț moderat, care reprezintă aproximativ 70 % din piața betonului, performanța de durabilitate a cimenturilor cu clincher redus a fost deja dovedită, cu un potențial considerabil de reducere a CO2.

Timpi mai lungi pe șantier

Cu toate acestea, cazul ideal al betonării în șantier la ora 10 a.m. și a decofrări la ora 10 a.m. a doua zi va deveni cu siguranță o excepție mai degrabă decât regula în cazul cimenturilor cu clincher deosebit de scăzut, mai ales la temperaturi scăzute. Aceasta înseamnă că cofrajul va trebui lăsat mai mult timp, astfel încât atât șantierul, cât și programarea vor trebui organizate diferit în viitor. Perioada de timp pentru atingerea obiectivelor climatice devine încet în mai strânsă legătură cu producția de ciment. Acum, sectorul începe să răspundă cu mai multă vigoare din cauza presiunilor de cost care decurg din certificatele de CO2 și alte reglementări iminente. Odată cu stabilirea prețurilor emisiilor de CO2, presiunea asupra industriei cimentului de a aduce pe piață noile formule este în creștere; în special în Germania, unde noul guvern ales la începutul toamnei anului 2021 a adoptat, cel puțin pe hârtie, o politică mai strictă în domeniul climei și, de asemenea, este foarte probabil să forțeze substanțial prețurile viitoare ale CO2. Măsurile pe care industria le are în pregătire sunt, de fapt, multe și variate: nu numai că sunt pe agendă noile cimenturi cu clincher mai scăzut, ci și și mai ales alternative de clincher, combustibili nefosili, o mai bună reciclare și, nu în ultimul rând, recarbonizarea, adică reabsorbția CO2 de către betonul întărit.

Know-how-ul MC conduce la noi standarde

Cercetările în domeniul aditivilor pentru beton trebuie, de asemenea, acum să fie reorientate și extinse. MC este bine poziționat pentru a acționa în acest sens – așa cum a demonstrat în cercetările sale anterioare privind materialele de construcție compatibile cu mediul. Dezvoltarea rezultată a unei game largi de produse inovatoare, cum ar fi mortarul de monolitizare a structurilor de tunel inelare fără ciment sau betonul EFC fără ciment, este o dovadă clară a capacităților sale. În plus, MC lucrează în prezent în proiectul de cercetare SABINE cu instituții de cercetare și alte companii privind utilizarea zgurii de oțel ca lianță pentru materialele geotehnice de construcție.

În cele din urmă, solicitarea experților MC este să compenseze pe cât posibil cu noile formule de aditivi proprietățile care lipsesc din noile materiale de construcție. Pentru că un lucru este deja sigur: noile betoane vor necesita cu siguranță un grad semnificativ mai mare de tratament intermediar și de întărire. Odată cu atingerea ulterioară a rezistențelor la decofrare, acceleratorii de întărire precum produsele din seria MC-FastKick și, de asemenea, superplastifianții de înaltă performanță MC-PowerFlow, bazați pe cea mai recentă tehnologie de polimeri MC, vor deveni din ce în ce mai importanți în viitor ca aditivi de îmbunătățire a caracteristicilor.