Výroba cementu a její dopady na klima: Výzvy a inovace

Kdyby byl cementárenský průmysl státem, byly by jeho emise třetí největší na světě, hned po Číně a USA. V roce 2015 způsobila výroba cementu přibližně 2,8 miliard tun CO2, tedy asi 8 % světových emisí. To je zhruba čtyřikrát více než letecká doprava. Výroba cementu v současnosti způsobuje vyšší uhlíkové emise než celá Indie. V roce 2019 tvořila výroba cementu zhruba 7 % celkových světových emisí oxidu uhličitého. Dlouhodobé scénáře vývoje očekávají, že poptávka po cementu ve světě naroste o 12-23 % do roku 2050, zejména v důsledku rozvoje zemí jako Indie, Indonésie či Brazílie. Na druhou stranu, pro naplnění Pařížské dohody a omezení oteplování na 2 °C musejí emise z výroby cementu klesnout do roku 2050 asi o čtvrtinu. Vzhledem k tomu, že například auta musí být v roce 2030 prodávána už pouze v elektrické verzi, se to zdá jako velký nepoměr. Podle think-tanku Chatham House má na svědomí až 8 % světových emisí oxidu uhličitého, který je dnes ostře sledovaný kvůli vlivu na globální oteplování.

Cement vs. Beton: Proces výroby a vznik emisí

Beton je směs písku, vody a cementu, který při tuhnutí písková zrna slepí. Z ekologického hlediska je nejproblematičtější složkou betonu cement. Cement se vyrábí v pecích, zahříváním směsi rozemletého vápence a jílů na teploty okolo 1450 °C. Když se vytěží surovina v lomu a roztaví v rotační peci, vznikne meziprodukt - slínek. Vznikne tak, že materiál zahřejeme na vysokou teplotu a dojde ke slinutí materiálu. Výpal je z pohledu ekologie nejhorší proces, protože se uvolňuje obrovské množství oxidu uhličitého.

Výroba jedné tuny cementu vytvoří v průměru 0,6 tuny CO2. Oxid uhličitý přitom vzniká dvěma způsoby: jednak jako produkt chemické reakce, a jednak při spalování uhlí nebo plynu při zahřívání. Více než dvě třetiny emisí CO2 pochází z chemické reakce při výpalu slínku. Zbylých 40 % emisí z výroby cementu je důsledkem spalování uhlí nebo plynu při zahřívání. Zatímco zahřívání je možné provádět i s mnohem nižšími emisemi, například spalováním vodíku, oxid uhličitý z chemické reakce není prakticky možné snížit. Cement totiž vzniká ve velkých pecích, které se obyčejně vyhřívají pálením uhlí nebo odpadu a fungují podobně jako zmenšené uhelné elektrárny. Oxid uhličitý navíc uniká i při samotné chemické reakci, během které cement vzniká.

Mýtus o vázání CO2 v betonu

Představa, že se při tuhnutí váže CO2 zpět do betonu, je častý omyl. Pro vysvětlení je potřeba rozlišovat mezi maltou a betonem, jejichž tuhnutí jsou velmi odlišné procesy. Malta je směs hašeného vápna Ca(OH)2 s vodou a pískem a tuhnutí malty spočívá ve vázání CO2 ze vzduchu a přeměně hašeného vápna na vápenec. Tuhnutí betonu je ale jiný, a v jistém smyslu složitější proces - nezpůsobuje jej reakce se vzduchem, ale reakce s vodou, při které vznikají tzv. hydratační produkty, tedy sloučeniny obsahující chemicky vázanou krystalovou vodu - proto je možné pracovat s betonem i pod vodou. Tyto hydratační produkty jsou ve vodě nerozpustné a velmi pevné. K velmi slabému vázání CO2 ze vzduchu dochází až při zvětrávání betonu, kdy působením vody a oxidu uhličitého vzniká zejména na povrchu betonu vápenec.

Trvalá udržitelnost, která je definována jako zachování životního prostředí budoucím generacím v co nejméně pozměněné podobě, spočívá na třech pilířích: sociálním, ekonomickém a environmentálním. Pro posuzování trvalé udržitelnosti betonu byl zaveden vztah pro kBS, tzv. potenciál trvalé udržitelnosti materiálu, který zahrnuje pevnost, životnost a ekonáklady. Později byl ještě rozšířen o výrobní náklady. Hodnota zmíněných ekonákladů se stanovuje jako součet dílčích položek příslušejících mj. také souvisejícím emisím, kde důležitý příspěvek představuje vliv CO2. Započítávání absorpce CO2, popsané v tomto textu, staví používání betonu z environmentálního hlediska do příznivějšího světla.

Čtěte také: Proč jsou dřevěné hračky stále oblíbené?

Karbonatace betonu: Pozitivní dopad

Přirozená chemická reakce, při které CO2 obsažený v okolním vzduchu proniká do betonu, reaguje s produkty hydratace a tzv. se „spotřebovává“, tj. beton jej přijímá, je známa jako karbonatace. Z pohledu klimatické zátěže se tedy jedná o pozitivní vlastnost betonu. Karbonatace postupuje od povrchu, který je v kontaktu s ovzduším, do hloubky. Její rychlost, která je v čase proměnná, závisí na expozičních podmínkách a vlastnostech betonu: na teplotě a vlhkosti prostředí, na druhu a množství cementu, na typu a množství příměsí, jejich velikosti zrn, na ošetřování betonu, na pórové struktuře a struktuře trhlin (tedy také na působení mechanického zatížení). Často se zjednodušeně hovoří o závislosti na expozičních podmínkách a pevnosti betonu. Pro posouzení absorpce CO2 na určité konstrukci je nutno uvážit vliv tvaru konstrukce (poměr povrchové plochy a objemu) a také fáze životního cyklu, zejména fázi užívání konstrukce a pak příp. také období za hranicí životnosti, kdy může docházet k dalšímu využití materiálu, tj. k jeho recyklaci.

V posledních letech byla ve světě tématu absorpce věnována velká řada odborných prací, ze kterých mj. plyne, že se při absorpci „spotřebuje“ v průměru 19 % z objemu CO2 emitovaného při výrobě použitého množství cementu (uvádí se i potenciálně možných až 75 %), jde tedy o nikoliv zanedbatelnou položku pro celkovou bilanci - např. pro analýzu životního cyklu (LCA). Podrobně se tímto tématem zabývá Eurokód ČSN EN 16757 a doprovodný dokument CEN/TR 17310:2019; jsou zde popsána zejména environmentální prohlášení o produktu (EPD) v souvislosti s fázemi životního cyklu, scénáře a výpočtová pravidla pro LCA.

Globální a lokální dopady

V současné době je zdaleka největším producentem cementu Čína, kde se vyrábí přibližně 60 % světové produkce. V roce 2022 vyprodukovala zhruba 2,1 miliardy tun cementu, což představuje asi polovinu celosvětové produkce. To je ale důsledek poměrně nedávného vývoje - ještě v roce 1990 Čína vyráběla méně než čtvrtinu světové produkce. Následují Indie s produkcí asi 370 milionů tun a Vietnam asi se 120 miliony tun. Další významní producenti cementu jsou Indie, USA a Evropská unie.

V roce 2018 vzniklo v České republice kvůli produkci cementu celkem asi 3,8 miliónů tun CO2, což je přibližně 2,7 % celkových emisí skleníkových plynů v ČR. To je srovnatelné s ročními emisemi středně velké uhelné elektrárny, a skoro třikrát víc než emise z letecké dopravy. Cement představuje neviditelný kousek skládačky světového průšvihu oteplování planety. Jeho výroba se celosvětově neustále zvyšuje, ale technologie jsou stále stejné. Přitom jde o jeden z nejméně ekologických postupů vůbec.

Dopad na lidské zdraví a životní prostředí

„Kašleme krev,“ stěžovaly si v lednu stovky obyvatel Bangkoku. Vzduch byl několik týdnů tak plný malých částeček prachu, že se z hlavního města Thajska stalo jedno z míst s nejhorším ovzduším na světě. Velký podíl na kritické míře znečištění v Bangkoku nese neustávající stavba dalších a dalších betonových budov. Znečištění životního prostředí je přítomnost nežádoucích látek majících negativní dopad na přírodu, životní prostředí a zdraví lidí. Tyto látky mohou pocházet z nejrůznějších zdrojů, jako jsou průmyslové závody, automobily, zemědělské aktivity, domácnosti, těžba a výroba energie.

Čtěte také: Návod na výrobu dřevěné kozy pro řezání palivového dřeva

Posuzování vlivů na kvalitu životního prostředí je proces, při kterém se analyzují a hodnotí vlivy lidských aktivit na přírodu a životní prostředí. Zdravé životní prostředí je takové prostředí, které nepřináší zdravotní rizika a které podporuje zdraví jedinců a společnosti jako celku. Například znečištěné ovzduší může způsobovat respirační onemocnění, srdeční choroby a další zdravotní problémy. Příliš hlučné prostředí může vést ke ztrátě sluchu, nadměrnému stresu a dalším negativním účinkům na zdraví. Z toho důvodu je velice důležité zajistit, aby naše lidské aktivity neohrožovaly zdraví přírody.

Uhlíkové emise nejsou jediným problémem, který cement přináší. Obrovské betonové stavby, jako jsou silnice, parkoviště nebo skladové areály, neprodyšně uzavírají půdu a mění vlastnosti krajiny. Během výroby cementu i stavění a bourání betonových budov se do vzduchu dostávají malé prachové částice a ze zbouraných staveb zase vznikají hory odpadu, které rychle plní skládky.

Snahy o snížení emisí a dekarbonizace

Ke snížení by samozřejmě nejvíce přispěl pokles spotřeby cementu, tedy méně staveb z betonu. Cementářský průmysl se řadí k průmyslovým procesům, jejichž emise sice lze snížit, ale mnohem obtížněji než například v energetice. Domy, silnice a ani žádné jiné stavby se neobejdou bez cementu a výroba cementu se neobejde bez emisí oxidu uhličitého. Snížení emisí CO2 je důležitým krokem pro zmírnění dopadů globálního oteplování a klimatických změn. Kromě používání obnovitelných zdrojů energie existuje mnoho dalších aspektů, které mohou významně přispět k redukci emisí CO2.

Je tedy možné snížit celkové emise z výroby, i když se bude zvyšovat objem jeho výroby? Cementáři musí řešit, jak si naladí recepturu, aby to fungovalo v jeho výrobě. Dokážou si pomoci změnou technologie výroby, nebo přidáváním aditiv. Směsné cementy se tu používají desítky let.

Možnosti dekarbonizace:

• Použití alternativních paliv: Namísto tradičních fosilních paliv, jako je uhlí, ropa nebo zemní plyn, mohou být použita alternativní paliva, například biomasa, odpadní materiály nebo pneumatiky, které obsahují méně uhlíku. Vzhledem k vysoké teplotě nelze k zahřívání použít elektřinu, přichází v úvahu vodík nebo syntetická paliva z biomasy. Cementářský průmysl snižuje emise tak, že používá coby palivo odpad. V palivovém mixu uvnitř pece využívají téměř z 95 procent tuhá alternativní paliva (TAP je mix nadrcených a důkladně promíchaných vysokovýhřevných odpadů, jako jsou pneumatiky, textil, papír, štěpka či plastové výměty). Zbývajících pět procent představuje uhelný prach a plyn. České cementárny podle Svazu výrobců cementu v palivovém mixu v průměru používají asi 80procentní TAP. TAP nahrazuje v cementářské peci uhlí. Podmínky v technologii vytváří optimální prostor pro ekologickou likvidaci odpadů, které zde energeticky a materiálově využíváme.
• Snížení množství CaO v cementu a jeho nahrazení jinými sloučeninami: I tento přístup je oblastí vývoje a experimentování. Při mletí lze slínek „naředit“ materiály, které uhlíkovou stopu nemají. Například se přidává struska, popílek, vápenec nebo stavební demoliční odpad. Jsou to materiály, které uhlík vůbec neobsahují, anebo ano, ale byl již vykázán při jiné výrobě - struska třeba při výrobě oceli.
• Zachycování uhlíku (CCS, carbon capture and storage): Do technologie zachycování uhlíku se vkládají velké naděje a už existují testovací projekty. Je to jeden ze scénářů, že by se tím zabývali. Při napumpování pod zem se CO2 dokáže vstřebat. Podle některých studií se CO2 v řádu měsíců naváže do stávající horniny, nikam neunikne, urychluje proces tvorby hornin a stane se součástí podloží.
• Vývoj nových technologií: Také vývoj nových technologií může přinést snížení emisí v tomto oboru. Globální cementová a betonová asociace, která zastřešuje třetinu světového cementářského průmyslu, uznává, že vývoj nových technologií je priorita.
• Efektivnější využití surovin: Výroba cementu vyžaduje velké množství surovin, jako je vápenec, křemičitan hlinitý a železný, které se musí těžit a dopravovat.

V situaci, kdy je potřeba uspokojovat poptávku po bydlení a zároveň předcházet klimatické změně, se přechod na ekologičtější výrobu cementu nejspíš neobejde bez finanční pomoci vlád. Jak ale připomínají autoři jednoho z mála pozitivně vyznívajících článků ze zmíněné betonové série na Guardianu, existují i způsoby, jak ke změně můžou přispět jednotlivci. Stačí třeba neinvestovat do cementářských firem, pokusit se hledat při stavění vlastního domu jiné materiály nebo si nenechávat zbytečně vybetonovávat pozemky.

Čtěte také: Krok za krokem: Dřevěné srdce

Ekonomické aspekty a budoucí výhledy

Zvýšení cen elektřiny a plynu znamená pro cementárnu výrazný zásah do hospodaření. Kromě cen elektřiny výrazně ovlivňuje nedostatek některých komodit, například paliv, která jsou druhou nejdůležitější položkou nákladů. Povolenky stojí desítky milionů korun ročně. Tři roky zpátky stála povolenka pět až šest eur, v minulém půlroce se šplhala až ke stu eurům. Cena povolenky se stala výraznou součástí nákladů.

EU každý rok vydává určité množství těchto povolenek (tzv. emisní strop), které se v souladu s evropskými emisními cíli každý rok snižuje. Povolenky rozděluje Evropská komise (EK) podle tzv. uhlíkové náročnosti jednotlivých národních ekonomik. Z EK povolenky následně putují do rukou státních zřízenců, kteří je rozdělují mezi producenty skleníkových plynů. Jedna emisní povolenka je ekvivalentem jedné tuny oxidu uhličitého (CO2), případně oxidu dusného (N2O) nebo perfluorovaných uhlovodíků vypouštěných do ovzduší. Dostávají se volné povolenky, jejichž příděl se rok od roku snižuje.

Financování dekarbonizace

Investice do dekarbonizace těžkého průmyslu je v tuto chvíli hrozně riziková věc. K tomu jsou potřeba dostupné technologie a stabilní cena uhlíku, aby se vědělo, jestli se to vyplácí nebo ne. Technologie, které by potřebovaly velké cementárny a velké ocelárny, by stály nižší stovky miliard korun. Nejsou nepředstavitelné a zároveň se nebavíme o tom, že všechno z toho by měl platit stát. Jsou zde dva fondy, které jsou dobře využitelné pro průmysl: Inovační fond a Modernizační fond, které jsou financovány z prodeje emisních povolenek.

Každý projekt financovaný z veřejných zdrojů musí být spolufinancovaný ze soukromých zdrojů, takže co se týče soukromého kapitálu, ten bude potřeba. Může být poskytovaný buď bankami ve formách bankovní půjčky, nebo investory. Banky teď rádi financují udržitelné projekty, protože i ony musí reportovat, jaká část jejich portfolia je v souladu s taxonomií.

Emise jsou dnes 460 kg CO2 na tunu cementu, v roce 2025 je cílem 408 kg na tunu cementu. To znamená ještě dlouhou cestu k nulovým emisím. Skupina Holcim se zavázala, že bude v roce 2050 uhlíkově neutrální. To je v souladu s tím, co připravuje EU. Stavební a cementářský průmysl, jakožto součást této iniciativy, představují významný podíl v produkci emisí CO2 na světě. Proto musí sehrát zásadní roli v celém životním cyklu staveb. Snížení uhlíkové stopy je hlavním cílem. Neustále inovují výrobkové portfolio a optimalizují jednotlivé druhy cementů a maltovinových pojiv.

tags: #vyroba #cementu #dopady #na #klima

Oblíbené příspěvky:

• Spolehlivé upevnění s chemickou kotvou Fischer
• Moderní stavebnictví a autodomíchávače betonu
• Úspora energie se zateplením střechy
• jak správně vyspádovat plochou střechu
• Klíč k tichému bydlení s keramickou podlahou