Hovedkomponent i cement, klinkerproduktion kan være meget forurenende
Har du hørt om klinker? Dette navn lyder måske ikke kendt, men vær opmærksom på, at det er meget mere almindeligt, end du tror. Bygninger, huse, fortove, stadier og grundlæggende ethvert anlægsarbejde er afhængig af cement som et af dets grundlæggende materialer ... Og klinker er hovedkomponenten til stede i cementens sammensætning.
Klinker er et granulært og stift materiale, som det kan ses på billedet nedenfor. Generelt kan det siges, at klinker betragtes som et homogent pulver (mel), af forskellige råmaterialer formalet og blandet, som, når det udsættes for ekstremt høje temperaturer, bliver til sten. Produktionsprocessen for disse stoffer er langt fra enkel og kan medføre betydelige miljøpåvirkninger.
Produktions proces
Portland klinker eller Portland klinker, som det også er kendt, opnås ved forbrænding af råmaterialer jordet i en roterende ovn ved temperaturer op til 1450 ° C. Det vigtigste råmateriale til fremstilling af klinker er kalksten, og derudover anvendes ler og jern og aluminiumoxider i mindre grad.
Så det første trin er at udvinde og "forfine" disse råmaterialer. Kalkstenene gennemgår en knusnings- og knusningsproces efter ekstraktion, indtil der opnås et fint pulver. Derefter fremstilles en homogen blanding med alle nødvendige råvarer. Denne blanding henviser også til et fint pulver og kaldes "mel" eller "rå".
Dette materiale indføres derefter i en roterende ovn, hvor det opvarmes til en temperatur på 1450 ° C, på hvilket tidspunkt der opstår klinker.
Brændstofferne, der fodrer ovnene, kommer i de fleste tilfælde fra ikke-vedvarende kilder, såsom olie og kul, hvilket bidrager negativt til risici og påvirkninger på miljøet. Blandt de mest anvendte brændstoffer skiller nogle faste stoffer sig ud, såsom petroleumskoks og benzin, og nogle gasformige, såsom naturgas. Blandt disse er petroleumskoks det vigtigste brændstof, der anvendes til fremstilling af klinker, og dette skyldes dets høje brændværdi forbundet med dens lave anskaffelsesomkostninger. Ud over disse traditionelle brændstoffer, industrielle og biomasse rester og affald, kan kul og landbrugsrester også bruges til at fodre ovne.
Efter at have passeret gennem ovnen afkøles dette materiale pludselig af luftstød for at stabilisere dets struktur og genvinde varmen. Sådan produceres klinker, det grundlæggende materiale, der er nødvendigt til fremstilling af cement. Efter denne proces blandes det opnåede materiale (klinker) med gips (gips) og andre tilsætninger (såsom kalksten, pozzolana eller slagge), hvilket giver anledning til de forskellige typer cement.
Det er vigtigt at understrege, at der under de høje temperaturer, der er nået inde i de roterende ovne, forekommer den kemiske reaktion ved kalcinering af kalkstenen. Denne proces henviser til det øjeblik, hvor kalkstenen (CaCO3) omdannes til jomfru kalk (CaO) og frigiver store mængder CO2-gas.
Miljøpåvirkninger
Derfor anses klinkerfremstillingsprocessen for at have et højt forurenende potentiale og er ansvarlig for betydelige miljøpåvirkninger.
Processen kræver som helhed et højt energiforbrug, både i form af termisk energi, ved at brænde brændstoffer til opvarmning af roterende ovne og i form af elektrisk energi, der forbruges i hele den industrielle proces til at flytte maskiner og fremstille drej ovne. Størstedelen af dette forbrug refererer imidlertid til brugen af termisk energi under brugen af brændstoffer.
Selvom fremstillingsprocessen for dette materiale ikke direkte producerer fast affald, da asken fra afbrænding af brændstof i den roterende ovn normalt er inkorporeret i selve klinkeren, er der en høj emission af luftformige forurenende stoffer og partikelformigt materiale under hele fremstillingen af klinkeren.
Forbrænding af brændstof i ovnene, hovedsageligt fra ikke-vedvarende kilder, udsender forskellige forurenende gasser, såsom kuldioxid, svovloxid, nitrogenoxid, kulilte, blyforbindelser og partikler, som alle er forurenende stoffer.
Ud over denne kendte emissionskilde, som tidligere rapporteret, er forkalkning af kalksten også en af de vigtigste faktorer, der er ansvarlige for emissionen af kuldioxid i klinkefremstillingsprocessen og følgelig af cement, for for hver 1.000 kg kalcineret calcit (CaCO3) genererer 560 kg CaO og 440 kg CO2 ifølge en undersøgelse. Den kemiske calcineringsreaktion er ansvarlig for ca. halvdelen af CO2-udledningen i denne proces, mens energiforbruget i form af varme (afbrænding af brændstof) tegner sig for resten.
For at producere et ton klinker anslås det, at cementindustrien udsender mellem 800 og 1.000 kg kuldioxid inklusive CO2 genereret ved nedbrydning af kalksten og afbrænding af fossilt brændstof for at holde ovnene i gang.
Derudover kan der i den første fase af ekstraktion af råmaterialer også forekomme fysiske påvirkninger, såsom jordskred i kalkbrud og erosioner på grund af vibrationer produceret på jorden. Og udvinding af ler i floder kan forårsage en uddybning af disse vandløb, reducere mængden af vand i sengene og forstyrre levestederne der, hvilket reducerer biodiversiteten i flere regioner.
Baseret på data fra United States Geological Survey (USGS - Geological Survey of the United States, på portugisisk) og US Energy Information Administration (EIA - United States Energy Information Administration ) anslås det, at fremstilling cement er ansvarlig for op til 7,7% af de nationale CO2-emissioner, der genereres ved forbrænding af fossile brændstoffer, hvor klinkerproduktion er den største kilde til disse emissioner.
Alternativer
Coprocessing
Et alternativ, der søger at minimere de påvirkninger, der genereres i denne produktionsproces, er coprocessing. Coprocessing opstod som en strategi til forbedring af cementindustriens økonomiske ydeevne (lavere energiforbrug). Denne teknik består i at fodre rotationsovnen med affald fra andre industrier, bruge mindre og mindre fossile brændstoffer og også reducere produktionen af affald.
Tidligere valgte materialer anvendes, som ikke er i stand til at blive genanvendt (dvs. affald), som har en høj brændværdi, og som skal fjernes fuldstændigt. Ifølge nogle nationale virksomheder er der i denne proces ingen oprettelse af flydende eller faste spildevand, da asken, der tidligere ville være sendt til lossepladser, nu er indarbejdet i klinkeren uden at ændre deres prioriteter.
Således kan forskellige materialer co-behandles, såsom dæk, fedt, brugte olier, savsmuld, vegetabilsk affald, forurenet jord og emballage. Affald fra hospitaler, husholdninger, radioaktivt, eksplosivt stof og pesticider anvendes ikke. Specifikt på dæk og risskaller offentliggjorde forskerne Miguel Afonso Sellitto, Nelson Kadel Jr., Miriam Borchardt, Giancarlo Medeiros Pereira og Jeferson Domingues fra Unisinos en artikel i tidsskriftet Ambiente & Sociedade (læs hele artiklen her) om genbrug af disse materialer til cementproduktion;
Det er vigtigt at fremhæve, at det nationale miljøråd (Conama) anbefaler, at cementanlægget til forbrænding af affald i klinkovne skal præsentere alle tekniske og miljømæssige forhold for at opfylde de krævede emissionsstandarder. I denne forstand skal den have: en moderne produktionslinje, en stabil, reguleret og optimeret fremstillingsproces; højeffektive anordninger til tilbageholdelse af partikler og til vask af gasser, der dannes ved forbrænding; og brændere specielt designet til forskellige typer brændstoffer.
Ændring i klinkerformulering
Et andet alternativ, der findes til at hjælpe med at reducere CO2-emissioner under klinkerproduktion, er at oprette en ny klinker “opskrift”. For at reducere CO2-forbruget under dets sammensætning begyndte cementindustrien at erstatte en del af dette materiale med højovnsslagge - en rest fra stålindustrien - og også med flyveaske - rester fra kulfyrede kraftværker.
Det største problem i forbindelse med dette alternativ er, at stålindustrien - også meget CO2-udslip - og genereringen af flyveaske ikke vokser i samme hastighed som cementfabrikker, hvilket gør langsigtede strategier umulige.
På grund af denne begrænsning har cementindustrien også brugt et andet kandidatmateriale til delvist at erstatte klinker i dets formulering i nogle årtier: kalkstenpulver eller 'rå kalkstenfyldstof'. Fyldstoffet er et råmateriale, der ikke kræver varmebehandling (forkalkning) - en proces, der kræver højt energiforbrug og er ansvarlig for det meste af cementindustriens CO2-udledning.
Fangst af kuldioxid
Kulstofopsamling og -lagringsteknikker er ekstremt vigtige for at reducere emissionerne af denne drivhusgas til atmosfæren. Disse teknikker bruger fysisk-kemiske mekanismer til at adskille dette forurenende stof og andre kompressionsteknikker til geologisk lagring af kuldioxid, der udsendes af faste kilder, såsom klinkerovnen, der anvendes til produktion af cement.
I denne sammenhæng skal kuldioxid fanges og opbevares, før det frigives i atmosfæren. Til dette skulle industrier investere i nye teknologier og tilpasning af deres anlæg, hvilket ville kræve en stor investering med deraf følgende stigning i det endelige produkt.
