Como reduzir emissões da indústria de cimento.

A indústria de cimento, uma das que mais contribui e mais tem desafios com a redução de emissão de carbono, pode ter sucesso com a transição energética e quebrar os modelos tradicionais. 

A iniciativa pela descarbonização das atividades humanas tem forçado as indústrias como aço, cimento, mineração e produtos químicos, a terem uma nova visão em suas operações. O concreto, por exemplo, mistura com alta emissão de carbono que tem sido a base para a construção da humanidade, deve se manter sólido. A indústria tem investigado como seus constituintes e processos poderiam ser repensados para um mundo com baixa emissão de carbono.

Ian Riley, CEO da World Cement Association , diz que cerca de 20 anos atrás, a indústria reconheceu que suas emissões – naquele estágio, CO ₂ , poeira e óxidos nitrosos (NOx) tinham peso quase igual – eram uma ameaça à sua licença social e sustentabilidade. Muito foi conquistado, principalmente na China, maior produtora de cimento do mundo, responsável por 55% da produção global, para reduzir a poeira e o fator NOx. A eficiência energética dos processos de mineração de calcário e forno a carvão também foi melhorado em 30% nas últimas décadas, resultando em menores emissões de carbono. Mudança de combustível para biomassa ou combustível derivado de resíduos – queima de resíduos embalados para gerar eletricidade – uma estratégia implantada particularmente na Europa, rendeu mais reduções de CO2 .E reduzir a concentração de “clínquer” no cimento de 84% para uma média global de cerca de 70% também teve um efeito significativo.

Mas a indústria do cimento ainda é um emissor significativo de CO ₂ , responsável por cerca de 8% das emissões globais, de acordo com um artigo da revista Nature – e o clínquer é o fator decisivo por trás do estereótipo difícil de diminuir do cimento.

Por que o cimento é tão difícil de abater?

A calcinação do calcário produz dois terços das emissões de carbono da indústria cimenteira. “O clínquer é feito aquecendo o calcário a 1.450 graus Celsius”, explica Riley, “o que faz com que o calcário se decomponha em óxido de cálcio e CO ₂ . Então, o processo usa muita energia, mas ainda pior, libera muito CO _2.

E embora o cimento represente apenas cerca de 12% do volume da maioria do concreto (é a substância que une o agregado usual de rochas finas e grossas), é quase inteiramente responsável pela pegada de carbono do concreto, razão pela qual os dois termos “ cimento” e “concreto” são frequentemente usados ​​de forma intercambiável quando se fala sobre as emissões de carbono do concreto como material de construção.

Outra barreira à redução é o custo das várias tecnologias de mitigação em relação ao preço do concreto, que é vendido com margens de 5-10%.

Como uma empresa de tecnologia de energia, a Baker Hughes está trabalhando para aplicar o conhecimento técnico e a experiência que desenvolveu ao longo de muitos anos para ajudar a descarbonizar a indústria de petróleo e gás para indústrias como cimento e produção de aço. Nikhil Khurana, líder de engajamento de descarbonização da empresa , reconhece as restrições de custo do cimento, dizendo: “Se você considerar que a produção de uma tonelada de clínquer gera 0,8 tonelada de CO ₂ , o custo de redução da criação de cimento verde hoje é de cerca de US$ 100 por tonelada. Assim, o preço do cimento teria que aumentar em torno de US$ 80 a US$ 100 por tonelada – ou dobrar seu preço atual.

E os padrões globais para a composição de cimento e concreto são necessariamente cautelosos quanto à adaptação a novos produtos cimentícios. Padrões que fornecem resistência, resiliência e confiabilidade de materiais de construção são essenciais para a segurança das pessoas que vivem dentro ou ao abrigo de estruturas de concreto – pense em edifícios de vários andares, barragens, rodovias. Novas tecnologias que usam aditivos de fortalecimento para substituir parte do clínquer no cimento ou ligantes geopoliméricos para substituir completamente o cimento têm frequentemente deparado com uma parede de concreto de dura regulação que resiste à sua adoção.

Do outro lado do muro, compromissos de zerar o carbono líquido de empresas e países, juntamente com regimes de preços de carbono emergentes, estão gradualmente criando demanda por novos produtos de baixo carbono – um ambiente no qual novas tecnologias podem ser dimensionadas e validadas para uso na construção. Ingenuidade e novas possibilidades estão chegando aos arranha-céus, dimensionando poços de petróleo para revestir com novas misturas e até canalizando fluxos de receita totalmente novos para a indústria de cimento.

Novas soluções para descarbonização do cimento e concreto

Riley aposta em três tecnologias para descarbonizar cimento e concreto: i) aumento do uso de produtos cimentícios complementares em cimento e concreto, ii) agregados sintéticos feitos de CO ₂ e com pegada negativa de CO ₂ e iii) carbonatação direta de concreto que absorve CO ₂ e melhora a resistência. Ele diz que os produtores de cimento em áreas com acesso ao caulim estão investindo seu próprio dinheiro – em vez de serem impulsionados por financiamento do governo – no LC ³ desenvolvido na Suíça , conhecido como cimento de argila calcinada com calcário, que combina 50% de clínquer com 30% de argila calcinada ( produzido pelo aquecimento de caulinitas como caulino ou resíduos de lodo de papel), 15% de calcário e 5% de gesso. 

De acordo com especialistas da Baker Hughes, outras tecnologias disponíveis hoje para ajudar a descarbonizar o processo de fabricação incluem o uso de hidrogênio para produzir calor e sistemas de recuperação de calor residual.

A Argos, a quarta maior produtora de cimento da América Latina, reaproveitou um forno em sua planta colombiana para processar caulim. Riley cita ainda uma empresa portuguesa, a Cimpor, que construiu uma fábrica LC ³ greenfield na Costa do Marfim. “Acho que vamos ver a maioria das grandes e empresas regionais olhando seriamente para o potencial da argila calcinada, mas para fazer a economia funcionar, eles precisam garantir as reservas no lugar certo. Caso contrário, torna-se praticamente inviável”, diz Riley. O que coloca o LC³ em destaque é o fato de  que a tecnologia é comprovada, os padrões já estão começando a mudar para acomodar a nova mistura e, dependendo do acesso geográfico ao novo material comparativamente barato, Riley diz que “a economia parece atraente em alguns casos, em outros parecem aceitáveis.”

O resultado para o clima é que o LC ³ representa uma redução de 40% nas emissões de carbono em relação ao OPC (cimento Portland comum), que utiliza 95% de clínquer e 5% de gesso, e uma redução significativa nas misturas de cimento já modificadas que reduziram o clínquer componente para 70%.

Riley diz que uma grande variedade de outros misturadores está nos estágios iniciais de testes e validação, mas que alguns dos mais interessantes estão na categoria de aditivos de reforço de concreto – ele menciona grafeno e nanotubos híbridos – que precisam ser aplicados apenas em pequenas quantidades para ter um efeito de reforço que reduz a necessidade de altas concentrações de clínquer liberador de carbono no cimento, ou a quantidade de cimento no concreto.

Captura, utlização e armazenamento de carbono

As soluções de captura, utilização e armazenamento de carbono (CCUS) definitivamente desempenharão um papel fundamental na descarbonização dos setores difíceis de reduzir. Algumas emissões serão armazenadas, por exemplo, em formações geológicas subterrâneas, outras serão transformadas em uma variedade de produtos de valor agregado, como blocos de construção químicos. Como diz Kurana, “Parcerias e cooperação em soluções tecnológicas CCUS são cruciais para o sucesso na busca pela neutralidade de carbono. Por exemplo, construir mais e mais casos de uso para carbono capturado será importante.”

A indústria de cimento tem potencial de uso para o CO2 capturado. O concreto absorve o CO2 à mesma medida que “cura” e pode ser feito para absorver mais do que a quantidade usual de CO2 se for injetado com o gás durante a dosagem e misturar, ou, se for curado em uma câmara cheia de gás. O Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC) informa que a absorção de CO ₂ na infraestrutura de cimento (também conhecida como carbonatação) pode compensar cerca de metade das emissões de carbonato da atual produção de cimento.

Um uso ainda mais promissor do carbono capturado na indústria de concreto é a produção de agregados sintéticos, apelidados de “captura permanente de carbono” por fornecedores como a Blue Planet. “São agregados feitos de CO ₂ e óxido de cálcio, que têm uma pegada de carbono negativa muito grande”, explica Riley. Ele continua: “Mesmo usando cimento convencional, você acaba com menos 500 quilos por metro cúbico em vez de mais 200 quilos como pegada de carbono para o concreto”. Riley está otimista sobre essa potencial bonança sequestradora, mas a vê como ainda nos estágios iniciais de desenvolvimento, entre outras tecnologias promissoras.

Colaboração: Consolidando novos relacionamentos

Riley diz que a indústria do cimento passou por uma transformação em sua abordagem de sustentabilidade nos últimos anos, na medida em que “sempre pensamos no cimento como o problema e, portanto, o cimento teria que fornecer a solução, mas essa não é a única maneira de fazê-lo”. Hoje, ele diz, a indústria vê as possibilidades de cooperação e colaboração ao longo da cadeia de suprimentos da construção e em diferentes indústrias.

A Energy Transitions Commission global, uma coalizão de líderes no cenário de energia cujo objetivo é acelerar a transição para um futuro de emissões líquidas zero, também acredita nas sinergias que podem ser alcançadas por meio da colaboração entre os setores. Juntamente com o Fórum Econômico Mundial, estabeleceu a Plataforma Missão Possível para enfrentar os desafios de setores difíceis de reduzir. Grupos de trabalho estão sendo formados para sete indústrias, incluindo aço, plásticos e produtos químicos e cimento. Como a transição energética está no centro da estratégia da Baker Hughes, ela decidiu agir e se engajar. Em julho de 2021, quando o grupo Ação Concreta pelo Clima foi inaugurado como uma Parceria Missão Possível, a Baker Hughes se juntou para ajudar a formular um roteiro para a descarbonização.

Mette Munkholm, executiva que trabalhou com grandes empresas de petróleo para atingir seus objetivos de negócios, reduzindo as emissões de carbono e impulsionando a transformação digital de suas operações, é a representante da Baker Hughes no grupo. Ela diz: “Estamos ansiosos para fazer parte do que seria necessário para criar o ambiente no qual o cimento de baixo carbono funcionará”.

Parte disso está contribuindo para configurações de políticas em diferentes jurisdições que apoiam e incentivam a descarbonização do setor. Munkholm aponta para a UE que já estabeleceu um dos maiores programas de financiamento do mundo para a demonstração de tecnologias inovadoras de baixo carbono que podem ser implantadas pela indústria do cimento.

A HeidelbergCement, por exemplo, está comprometida em oferecer concreto neutro em carbono em todo o seu portfólio de produtos até, no máximo, 2050. A empresa está sendo apoiada por projetos europeus como captura e armazenamento de carbono (CCS) em sua subsidiária Norcem na Noruega prevista pela primeira vez em 2011 e parcialmente financiada pelo governo norueguês, a planta CCS entrará em operação em 2024 e capturará cerca de 400.000 toneladas por ano, ou metade do carbono gerado pelos processos de cimento, e o transportará para armazenamento subterrâneo no Mar do Norte. A HeidelbergCement também é um dos parceiros estratégicos no projeto de Cal e Cimento de Baixa Emissão financiado pela UE, agora em fase de expansão conhecido como LEILAC2, que está testando outro método, a Tecnologia de Separação Direta, para capturar CO ₂na sua fábrica de cimento de Hannover na Alemanha.

Do lado da demanda do mercado por CO ₂ capturado , a HeidelbergCement também fez parceria com os inovadores holandeses OmegaGreen, para investigar o potencial de absorção em larga escala de CO ₂ no cultivo de algas em sua fábrica de cimento Safi no Marrocos. A intenção é adicionar as algas altamente nutritivas à alimentação do gado. [1]

Outra abordagem, neste caso, para semear a demanda por cimento de baixo carbono testado e comprovado, é para uma indústria como óleo e gás demonstrar o caso de uso do produto em suas operações. “A Baker Hughes vê a possibilidade de contribuir para tal sinal de demanda”, diz Munkholm, que poderia ter o duplo resultado de ajudar a reduzir a pegada de carbono dos parceiros de petróleo e gás participantes, ao mesmo tempo em que dá uma demonstração real altamente visível da viabilidade de cimento de baixo carbono.

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A política ajudará a conectar a cadeia de suprimentos

Quanto do custo da redução das emissões do cimento e, portanto, do concreto será arcado pelos consumidores dos produtos provavelmente dependerá das configurações de política adotadas por cada país. Riley diz que “na Suécia hoje, você pode obter um prêmio para concreto de baixo carbono, mas em outros lugares é mais difícil encontrar exemplos”.

Ele diz que os desenvolvedores e a indústria da construção até recentemente estavam a um passo da demanda por produtos de baixo carbono: “Por exemplo, muitas empresas de tecnologia estabeleceram uma meta de zero líquido, então quando constroem novos escritórios ou data centers eles querem que eles sejam net-zero também.” Em princípio, diz ele, eles estão dispostos a pagar um prêmio por um concreto com baixo teor de carbono, mas, na prática, a empresa com o compromisso líquido zero não está lidando com compras.

“Se você conseguir conectar esses pontos, pode chegar a um ponto em que eles estejam dispostos a pagar um pouco mais e, no contexto do projeto geral, o prêmio não é muito grande – quase não faz diferença”, diz Riley.

O recente orçamento do governo do Reino Unido tornou um requisito legal para os projetos nacionais de infraestrutura levarem em conta a meta de zero emissões líquidas do Reino Unido para 2050. Como resultado, diz Riley, “vemos empreiteiros que estão trabalhando em projetos de infraestrutura no Reino Unido começando a ver como eles podem conseguir isso”. Dessa forma, a cadeia de valor de carbono é incentivada a se integrar à cadeia de valor econômica de bens de baixo carbono.

As políticas são fundamentais para criar sinais de demanda por produtos de baixo carbono de indústrias difíceis de reduzir. Definir as políticas corretas em relação ao cimento permitiria que os mercados estabelecessem um preço premium para concreto de baixo carbono, o que, por sua vez, permitiria que a indústria agilizasse soluções como reaproveitamento de fornos em resposta à demanda reduzida por clínquer ou mistura de CO ₂ capturado com  hidrogênio verde para criar novos combustíveis, como o metano verde. Os sistemas de calor residual também podem ser usados ​​para recuperar fontes de calor não utilizadas.

Munkholm diz que suas discussões até agora com as empresas de cimento que participam do grupo Cement for Climate Action indicam que a indústria tem a intenção de desenvolver tecnologias que proporcionem reduções significativas de emissões. “Como a Baker Hughes, eles precisam ter certeza de que há um efeito real, que a matemática funciona – deve ser um resultado real para o planeta.”