Os processos globais de industrialização e urbanização permitiram um boom diversificado na produção de cimento nas últimas três décadas, uma vez que o cimento é o material de construção civil mais importante. Consequentemente, a indústria do cimento é o segundo maior emissor industrial de CO2 a nível mundial (~25% das emissões industriais globais de CO2).
(...) Os países asiáticos registaram um aumento de emissões de 5,3 vezes durante 1990-2019 e emitiram 70,3% (1,73 Gt) do total de emissões de CO2 da indústria do cimento em 2019, em comparação com apenas 32,1% (0,28 Gt) em 1990, o que é consistente com o respetivo aumento da produção de cimento. O crescimento dramático desta região foi representado e liderado pelo desenvolvimento da China e da Índia.
Fonte: World Energy Data
Uma forma possível de reduzir as emissões de CO2 é através da captura e armazenamento de carbono (CCS). O CCS é uma combinação de tecnologias projetadas para evitar a libertação de CO2 gerado através de processos convencionais de geração de energia e produção industrial, injetando o CO2 em reservatórios de armazenamento subterrâneos adequados.
(...) Os processos de captura podem ser agrupados em três categorias, sendo que a adequação de cada abordagem depende do processo industrial ou tipo de central em questão: pós-combustão, pré-combustão, oxicombustão.
(...) Na indústria cimenteira, o CO2 é emitido pela combustão de combustíveis e pela calcinação do calcário [carbonato de cálcio] no forno. Estas duas fontes de CO2 podem exigir técnicas de captura específicas da indústria, que sejam de baixo custo e eficientes, e estudos da literatura mostram que algumas tecnologias de captura parecem mais apropriadas para fornos de cimento do que outras (IEA 2009). A CCS poderia capturar entre 85-95% de todo o CO2 produzido (IPCC, 2005), mas as reduções líquidas de emissões são da ordem de 72 a 90% devido à energia que custa para separar o CO2 e emissões a montante (Viebahn et al. , 2007).
Uma vez que o CO2 tenha sido efetivamente “capturado” de um processo, será necessário transportá-lo para um local de armazenamento adequado. O CO2 é transportado de forma mais eficiente quando é comprimido a uma pressão acima de 7,4 MPa e a uma temperatura acima de aproximadamente 31˚C. Nestas condições, o CO2 apresenta propriedades supercríticas; é um líquido com características gasosas. Assim, o CO2 normalmente seria transportado a altas pressões em condutas feitos de aço, não muito diferente dos gasodutos normais de gás natural, ou em navios, caso precisasse de atravessar uma grande extensão de água.
Que métodos de captura de carbono existem?
- Absorção química: Este método envolve a passagem do gás de combustão contendo CO2 através de uma solução que absorve o CO2. A solução rica em CO2 é então aquecida, fazendo com que o CO2 seja libertado e capturado.
- Adsorção: Este método envolve a passagem do gás de combustão contendo CO2 através de um leito de material sólido que adsorve o CO2. O sólido rico em CO2 é então aquecido, fazendo com que o CO2 seja libertado e capturado.
- Separação criogénica: Este método envolve o arrefecimento do gás de combustão a temperaturas muito baixas, fazendo com que o CO2 condense e se separe dos outros gases do gás de combustão. O CO2 é então recolhido e comprimido.
- Separação por membrana: Este método envolve a passagem do gás de combustão através de uma membrana que separa o CO2 dos outros gases do gás de combustão. O CO2 é então recolhido e comprimido.
- Captura de carbono pré-combustão: Este método envolve a conversão do combustível fóssil numa mistura de hidrogénio e CO2, usando um processo denominado reforma a vapor do metano (SMR). O CO2 é então separado e capturado, enquanto o hidrogénio é queimado para gerar eletricidade.
- Oxicombustão: Este método envolve a queima do combustível fóssil numa mistura de oxigénio e gás de combustão reciclado, em vez de no ar. O gás de combustão resultante consiste principalmente em vapor de água e CO2, tornando relativamente fácil capturar e armazenar o CO2.
Fonte: Petrolessons
Capturar carbono emitido ou reduzir o rácio clínquer-cimento
No cenário de 2 °C (2DS) da Agência Internacional de Energia (AIE), que é consistente com pelo menos 50% de probabilidade de limitar o aumento médio da temperatura global a 2 °C até 2100, as emissões diretas do setor do cimento são reduzidas em 24% até 2050.
(...) Existe um conjunto de medidas de mitigação que podem contribuir para a descarbonização da indústria cimenteira: melhoria da eficiência energética e de materiais (numa abordagem de ciclo de vida); mudança para combustíveis menos intensivos em carbono; redução do teor de clínquer no cimento, substituindo-o parcialmente por materiais cimentícios com menor pegada de carbono; desenvolvimento de tecnologias de produção novas, inovadoras e limpas, incluindo a recuperação do excesso de calor (EHR) para a produção de energia, integração da produção de energia renovável, CCUS; e melhorar a eficiência dos transportes [3].
Conforme mostrado na figura abaixo, no 2DS, a maior redução cumulativa de emissões diretas de CO2 até 2050,(...) vem da redução da proporção de clínquer, seguida por CCUS, desenvolvimento de tecnologias de produção limpa, substituição de combustível e eficiência térmica [3].
Fonte: Plaza, M.G.; Martínez, S.; Rubiera, F. CO2 Capture, Use, and Storage in the Cement Industry: State of the Art and Expectations. Energies 2020, 13, 5692.
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Imagem: Plaza, M.G.; Martínez, S.; Rubiera, F. CO2 Capture, Use, and Storage in the Cement Industry: State of the Art and Expectations. Energies 2020, 13, 5692.
Desvantagens de se alterar o rácio clínquer-cimento
A utilização de outros constituintes no cimento e a redução da relação clínquer/cimento significam menos emissões e menor consumo de energia. O cimento Portland comum pode conter até 95% de clínquer (os outros 5% são gesso). A actual relação média clínquer/cimento para todos os tipos de cimento na UE27 é de 73,7% [1].
Diferentes tipos de cimento têm propriedades diferentes, incluindo tempo de endurecimento, resistência inicial e tardia, resistência a condições salinas e ambientes quimicamente agressivos, libertação de calor durante a cura, cor, viscosidade e trabalhabilidade. A importância e relevância destas qualidades dependem da aplicação desejada do cimento e do concreto.
É necessário garantir que todo o cimento fabricado seja seguro e durável, pois será utilizado em estruturas feitas para durar pelo menos 50 anos ou mais. Assim, a alta durabilidade do concreto do produto final é uma propriedade fundamental para a construção sustentável. O cimento na Europa deve ser fabricado de acordo com a Norma Europeia harmonizada EN 197-1, que lista 27 cimentos comuns de acordo com os seus principais constituintes. O teor teórico de clínquer destes cimentos na Norma Europeia pode variar entre 5% e 95%. A variação do teor de clínquer tem impacto no tipo de aplicações para as quais o cimento pode ser utilizado.