Nel secolo scorso, il cemento è stato la spina dorsale del settore delle costruzioni. Come base per il calcestruzzo e la malta, il cemento è una presenza diffusa nei nostri edifici e nelle nostre infrastrutture. Ma la produzione di cemento è un'attività ad alta intensità energetica: per ogni chilogrammo di cemento prodotto, vengono emessi 0,5-0,7 kg di CO2, portando la sua quota di emissioni globali a quasi l'otto percento. In risposta alla crescente domanda di prodotti a basse emissioni di carbonio, i produttori stanno lavorando per ridurre l'impronta di carbonio dei prodotti a base di miscele secche. In questo articolo, esamineremo quattro diversi modi per ridurre le emissioni di CO2 nel settore del mix secco, collegandolo al concetto Scopes, e acquisiremo informazioni da Manuel Baumann, Director Global Construction, IMCD Coatings & Construction.
1. Cattura del carbonio
La cattura del carbonio è un termine generico per diverse tecnologie che, anziché evitare la generazione di CO2 nei cementifici, mirano a impedirne il rilascio nell'atmosfera. L'attenzione alle emissioni all'interno dell'impianto colloca la cattura del carbonio saldamente nell'ambito 1.
La maggior parte delle emissioni di CO2 nella produzione di cemento, il 60 percento in totale , si verifica come sottoprodotto della produzione di clinker, come calcio il carbonato viene calcinato all'interno del forno. Gli impianti di cattura del carbonio abbinati al forno raccoglierebbero la CO2, la comprimerebbero in un liquido e la trasporterebbero allo stoccaggio permanente sotterraneo.
In alternativa, la CO2 raccolta potrebbe essere resa utile come materiale cementizio supplementare - fino al 20% della miscela finale - o mediante iniezione nel calcestruzzo, creando una miscela finale più forte.
In teoria, queste tecnologie potrebbero decarbonizzare completamente la calcinazione, o addirittura trasformarlo in un processo a emissioni di carbonio negative, intrappolando più CO2 di quella generata.
«Sebbene ci siano progetti in corso e grande interesse da parte di produttori di cemento nella cattura del carbonio, siamo ancora in una fase in cui la tecnologia esistente è applicabile solo in progetti pilota e sembra commercialmente difficile da adottare su larga scala», spiega Baumann.
2. Energia alternativa e rinnovabile
Il forno è il cuore del cementificio. È qui che il calcare viene riscaldato a 1.450 ºC, producendo il clinker che viene poi macinato per creare cemento.
Il raggiungimento di tale temperatura assorbe il 90% di tutta l'energia consumata nella produzione del cemento. Il combustibile fossile utilizzato per alimentare i forni, così come i precalcinatori, è responsabile del 4 0% di tutte le emissioni durante la produzione di cemento.
Sebbene i produttori di cemento possano apportare miglioramenti incrementali nell'efficienza energetica, la produzione di clinker rimarrà un processo ad alta intensità energetica. Il passaggio a combustibili alternativi, come la biomassa o i rifiuti urbani trattati ridurrebbe invece direttamente le emissioni di CO2 dovute alla combustione di combustibili fossili. Alcuni produttori optano per l'elettrificazione del forno, invece di bruciare combustibile in loco. Tornando al framework Scopes, questa opzione utilizza l'elettricità acquistata per l'impianto al fine di ridurre le emissioni di Scope 2.
«Come la cattura del carbonio, la maggior parte dei produttori dispone già di programmi per migliorare la propria efficienza energetica e studiare la fattibilità dell'uso di combustibili alternativi», spiega Baumann. Tuttavia, permangono degli ostacoli, come il prezzo e la disponibilità della biomassa.
3. Cemento a ridotto contenuto di clinker
Un altro sforzo per ridurre le emissioni di CO2 nella produzione di cemento consiste nel ridurre la quantità di clinker utilizzando materiali cementizi supplementari (SCM). La riduzione del clinker rientra nell'ambito 1, poiché cerchiamo di ridurre le emissioni di CO2 dal forno bypassando e riducendo l'uso della calcinazione.
SCM può essere ottenuto da diverse fonti: rifiuti industriali, come scorie di altoforno dalla produzione di ferro e ceneri volanti di carbone dalla produzione di energia elettrica, o materiali naturali come la pozzolana.
Cemento misto di questo tipo può comportare una riduzione del 10-30% dell'impronta di carbonio rispetto al cemento di tipo I.
Sul mercato stanno comparendo nuovi tipi di cemento, come nel caso del cemento argilloso calcareo calcinato (LC3). L'uso di calcare e argilla calcinata è un'alternativa quando la disponibilità di scorie è scarsa. Allo stesso tempo, l'LC3 utilizza meno energia, con una conseguente riduzione del delle emissioni di CO2 fino al 40%. Tuttavia, questa opzione richiede ai produttori di adattare il processo di produzione per includere una seconda linea di produzione.
Con la tecnologia esistente, la riduzione del clinker è l'approccio più promettente per tutti i prodotti a base di cemento. Tuttavia, la transizione è più facile per il settore del calcestruzzo che per quello delle miscele secche. Per contestualizzare, potrebbe essere possibile ridurre il contenuto di clinker del cemento dal 30 al 40% senza compromettere la durata, la resistenza e il tempo di presa del prodotto finale.
«I prodotti a secco come malte, adesivi per piastrelle o composti autolivellanti hanno requisiti di qualità che possono essere compromessi da un minore contenuto di clinker», descrive Baumann. «Il cemento di tipo I prodotto con biocarburanti combinati con materie prime secondarie può ridurre il contenuto di clinker consentendo al contempo flessibilità nella formulazione. Tuttavia, quando si utilizzano cementi miscelati, è difficile mantenere le prestazioni allo stesso livello in termini di durata, porosità e resistenza ai cloruri, tra gli altri indicatori. Ad esempio, la sostituzione del clinker influisce sul processo di idratazione, il che potrebbe influire negativamente sulla resistenza finale. Ottenere la giusta formulazione richiede spesso ampi sforzi di riformulazione e test».
4. Materie prime certificate con bilancio di massa
Infine, l'approccio mass balance è una strategia comprovata per sostenere la sostituzione delle materie prime a base fossile con materie prime più sostenibili a base di biomassa o rifiuti.
Grazie a questo approccio, i produttori possono aggiungere materie prime rinnovabili e riciclate al processo senza modificare il metodo di produzione esistente e fornire un prodotto finale che non richiede modifiche nell'applicazione. Tale perfetta integrazione richiede un calcolo esatto delle materie prime in ingresso durante la formulazione.
«Le polveri ridisperdibili, che di solito rappresentano una piccola percentuale del prodotto finale, sono un componente dei prodotti a miscela secca che potrebbe trarre vantaggio da questo approccio», spiega Manuel Baumann.
Misure concrete per ridurre l'impronta di carbonio nella malta secca
In questo articolo, abbiamo esplorato quattro modi per ridurre il carbonio impronta nel settore delle miscele secche, affrontando le sfide ambientali legate alla produzione di cemento. Abbiamo trattato la cattura del carbonio, l'energia alternativa, la riduzione del clinker e l'approccio del bilancio di massa. Questi ultimi due approcci offrono passi concreti alla portata dei formulatori di miscele secche di oggi. Tuttavia, ci sono sfide di formulazione da affrontare. All'IMCD, siamo pronti a guidare i produttori attraverso questi ostacoli e a promuovere la riduzione delle emissioni di CO2 nell'industria delle miscele secche. Se sei interessato a questo argomento, iscriviti alla nostra newsletter per rimanere aggiornato su IMCD e sui nostri progressi in questo spazio.
Informazioni sull'esperto di mercato
Manuel Baumann è il direttore globale delle costruzioni presso IMCD Coatings & Construction e supervisiona l'espansione del business e delle strategie edili mondiali in collaborazione con partner e clienti. Con una carriera che dura da oltre un decennio in posizioni dirigenziali, Manuel ha una vasta esperienza commerciale nel settore delle costruzioni e ama imparare di più attraverso ogni interazione con il cliente e con il principale interlocutore.