الأسمنت يشكل مشكلة كبيرة للبيئة.. 4 مسارات رئيسية لإزالة الكربون ليكون أكثر استدامة

يُقال إنه إذا كانت صناعة الأسمنت دولة، فإنها ستكون ثالث أو رابع أكبر مصدر لثاني أكسيد الكربون في العالم.

أنتجت صناعة الأسمنت العالمية 1.6 مليار طن متري من ثاني أكسيد الكربون في عام 2022، وهو أحدث عام تتوفر له أرقام – أي حوالي 8% من إجمالي انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في العالم.

يعد خفض كمية الكربون المنبعثة من إنتاج الأسمنت أمرا بالغ الأهمية لتحقيق أهداف المناخ العالمية .

الأسمنت هو بالطبع أحد المكونات الرئيسية للخرسانة ــ لذا فإن الحل الواضح هو تقليل كمية الخرسانة التي يحتاجها العالم.

ولكن الخرسانة هي ثاني أكثر المواد استخداماً بعد الماء، ومن المتوقع أن ينمو إنتاجها السنوي العالمي من 14 مليار متر مكعب اليوم إلى 20 مليار متر مكعب بحلول منتصف القرن، مع تحضر المجتمعات البشرية ونمو الطلب على البنية الأساسية.

ومن المتوقع أن يؤدي هذا المسار إلى ارتفاع انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من القطاع إلى 3.8 مليار طن سنويا، استنادا إلى الممارسة الحالية.

الحصة الأكبر من الانبعاثات مرتبطة بالطاقة

وعلى النقيض من القطاعات الأخرى، حيث تكون الحصة الأكبر من الانبعاثات مرتبطة بالطاقة، فإن أكثر من نصف الانبعاثات في إنتاج الأسمنت والخرسانة هي انبعاثات ناتجة عن العمليات، كما يوضح تقرير رؤى جديد صادر عن تحالف رواد الأعمال التابع للمنتدى الاقتصادي العالمي، بالتعاون مع ديلويت.

وبالتالي، تتطلب الصناعة إما حلولاً جديدة لقطاع عمره آلاف السنين أو اعتماداً قوياً على احتجاز الكربون.

أربعة مسارات رئيسية لإزالة الكربون

وفيما يلي أربعة مسارات رئيسية لإزالة الكربون في صناعة الأسمنت والخرسانة والحلول المبتكرة التي تساهم في كل من هذه المسارات:

1- تقطيع الكلنكر

يعتبر الكلنكر المكون الأساسي في الأسمنت وهو غني بالكربون بشكل كبير، حيث يشكل 90% من إجمالي الانبعاثات من الأسمنت.

استبدال الكلنكر بمواد أسمنتية تكميلية أقل كثافة كربونية يعالج بشكل مباشر الانبعاثات المرتبطة بالعملية، ولكن لا توجد حلول تجارية موجودة يمكنها استبدال الكلنكر بالكامل على نطاق واسع.

ومع ذلك، هناك عدد من الطرق المثبتة لتقليل كمية الكلنكر اللازمة لصنع الأسمنت والخرسانة بشكل كبير، وأحد الحلول الأكثر واعدة هو ما يسمى LC3 – أسمنت الطين الجيري المحروق- والذي يمكن أن يقلل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بنحو 40٪ مقارنة بالأسمنت التقليدي.

صناعة الأسمنت

وتعالج LC3 كلا المصدرين لانبعاثات الكربون من تصنيع الكلنكر.

• أولاً، عن طريق استبدال نصف الكلنكر بالطين المحروق والحجر الجيري المطحون، ولا يطلق أي منهما الكربون عند تسخينه كما يفعل الحجر الجيري.

• ثانياً، يتم تسخين الطين إلى درجة حرارة أقل بكثير، مما يقلل من كمية الوقود المطلوبة ويعني أنه يمكن استخدام الكهرباء بدلاً من الوقود الأحفوري.

وفي مكان آخر، نجح علماء من جامعة كامبريدج في تطوير تقنية “خالية من الانبعاثات” لإنتاج الكلنكر الأكثر نظافة.

وتتضمن عملية بديلة إعادة استخدام عجينة الأسمنت (التي تتشابه في تركيبها الكيميائي مع الحجر الجيري) من المباني المهدمة، حيث يقول العلماء إنها قد توفر ما يصل إلى ثلاثة جيجا طن من ثاني أكسيد الكربون سنويا.

2- استبدال الحجر الجيري

تشكل عملية تسخين الحجر الجيري لإنتاج الكلنكر ما يصل إلى 50% من الانبعاثات في إنتاج الأسمنت.

ومن ثم فإن العمليات الكيميائية البديلة التي تحل محل الحجر الجيري في عملية إنتاج الكلنكر توفر وسيلة مهمة لخفض الانبعاثات.

نجحت شركة “بريمستون” الأميركية في تطوير عملية لصنع الأسمنت من صخور سيليكات الكالسيوم الخالية من الكربون – والتي يمكن العثور عليها بكثرة على سطح كل قارة في العالم – بدلا من الحجر الجيري.

وتقول الشركة، إن عمليتها تزيل أيضًا ثاني أكسيد الكربون من الهواء لأن صخورها تحتوي على المغنيسيوم الذي يمكنه التقاط ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي بشكل سلبي ودائم.

تستخدم شركة Sublime Systems معادن سيليكات الكالسيوم أو النفايات الصناعية لإنتاج الأسمنت باستخدام عملية كهروكيميائية بدلاً من الحرارة.

بدأت شركة Cemvision في تجربة إنتاج الأسمنت الخالي من الوقود الأحفوري والمصنوع بالكامل من مواد معاد تدويرها .

بدلاً من استخدام الحجر الجيري البكر والوقود الأحفوري، تقوم الشركة السويدية بإعادة تدوير المنتجات الثانوية من التعدين والصلب، مما يتطلب طاقة أقل ولا ينتج عنه أي نفايات.

لقد صممت الشركة الأسمنت الذي تنتجه ليكون قابلاً للتركيب مباشرة، وهو ما يعني أنه يمكن دمجه في المباني القائمة إلى جانب الأسمنت التقليدي، لتمكين اعتماده بسرعة.

صناعة الأسمنت

3- تبديل الوقود والكهرباء

يعد التحول إلى الوقود والكهرباء أمرًا بالغ الأهمية لخفض الانبعاثات المرتبطة بالطاقة.

التسخين الجزئي للفرن المستخدم في صناعة الكلنكر باستخدام مصدر كهرباء خالٍ من الكربون واستبدال الوقود الأحفوري ببدائل وقود منخفضة الكربون للجزء المتبقي يمكن أن يساعد في التخلص التدريجي من الفحم.

لقد قامت كل من شركة CoolBrook و SaltX و Rondo Energy بتطوير بدائل كهربائية أو حرارية للأفران والمحارق التي تعتمد على الوقود الأحفوري – وهي مرحلة تقوم بتسخين الحجر الجيري مسبقًا قبل دخوله الفرن.

هناك نهج آخر لتحقيق درجات الحرارة المرتفعة للغاية المطلوبة وهو الطاقة الشمسية المركزة، والتي تم اختبارها من قبل شركات ناشئة مثل Synhelion – بالتعاون مع Cemex – و Heliogen .

وتعد البدائل منخفضة الكربون للوقود شائعة في الصناعات الأخرى أيضًا، وتتراوح من حلول فورية قصيرة الأجل، بما في ذلك الكتلة الحيوية والنفايات البلاستيكية، إلى بدائل أطول أمدًا مثل الهيدروجين الأخضر.

4- التقاط الكربون

يعد التقاط الكربون من مصدر محدد، حيث يتم احتجاز ثاني أكسيد الكربون من مصادر كبيرة مثل محطات الطاقة والمرافق الصناعية وتخزينه لمنع إطلاقه في الغلاف الجوي، طريقة رئيسية لخفض الانبعاثات في صناعة الأسمنت والخرسانة.

تشير التوقعات التي أصدرتها الجمعية العالمية للأسمنت والخرسانة إلى أن التقاط الكربون واستغلاله وتخزينه (CCUS) يمكن أن يقلل انبعاثات الكربون بنسبة 36%، مما يجعله أكبر رافعة لتقليل انبعاثات صناعة الأسمنت.

أصبحت مدينة بريفيك للشحن في النرويج أول موقع في العالم يمتلك مصنعًا للأسمنت يتضمن تقنية التقاط الكربون وتخزينه (CCS) .

بدأت أعمال تركيب منشأة التقاط وتخزين الكربون التي يبلغ ارتفاعها 100 متر في مصنع أسمنت هايدلبيرج ماتيريالز في أغسطس، ومن المقرر أن تكتمل بحلول نهاية عام 2024.

وسوف يعمل المشروع على احتجاز ثاني أكسيد الكربون الناتج عن عملية إنتاج الكلنكر، مما يمنع انبعاث الغاز إلى الغلاف الجوي، كما سيتم تخزين الكربون بشكل آمن تحت الأرض في بحر الشمال.

إنتاج الأسمنت الخالي من الانبعاثات

في مؤتمر المناخ COP28 الذي عقد العام الماضي في دبي، اتفقت البلدان على إطلاق مبادرة “اختراق صناعة الأسمنت والخرسانة”، التي تسعى إلى جعل إنتاج الأسمنت الخالي من الانبعاثات تقريبًا راسخًا ومتناميًا في كل منطقة من مناطق العالم بحلول عام 2030.

ولكي يصبح هذا الهدف واقعاً، فإن التبني الواسع النطاق لعمليات إنتاج الأسمنت والخرسانة المبتكرة مثل العمليات الأربع المذكورة أعلاه سيكون ضرورياً.