Производство цемента вносит основной вклад в глобальное потепление: если бы эта отрасль была отдельной страной, она была бы третьим по величине источником выбросов парниковых газов в мире. Чтобы декарбонизировать отрасль и достичь чистого нуля, потребуется ряд существующих и новых технологических решений — серебряной пули не существует. Но в США есть относительно неиспользованное решение, которое может помочь сократить выбросы и сделать цементный сектор более конкурентоспособным по сравнению с остальным миром.
Цемент в США является более интенсивным по выбросам, чем цемент, производимый в других странах. Частично это связано с тем, что США отстают во внедрении низкоуглеродных «смешанных цементов» — легкодоступного решения по декарбонизации, используемого во многих других странах. Хотя перевод производственных процессов в США на использование смешанного цемента имел бы смысл как с экономической, так и с экологической точки зрения, действовать должны не только производители — строительная отрасль и политики на всех уровнях должны присоединиться к этому процессу.
Почему цемент в США имеет большие выбросы
Чтобы понять, почему цемент в США особенно интенсивен по выбросам, важно обсудить его связь с бетоном. Хотя в повседневном языке часто путают бетон и цемент, эти два материала различны. Бетон – это конечный продукт, который мы видим в зданиях, дорогах и мостах. Цемент является ключевым ингредиентом, который скрепляет все это вместе и является основной источник выбросов парниковых газов при производстве бетона.
основной источник выбросов в цементе происходит из клинкера, промежуточного связующего материала в цементе. Клинкер создается с использованием процесса с интенсивными выбросами, при котором нагревается известняк и другие материалы. В общей сложности около 70% выбросов углекислого газа при производстве бетона приходится на производство клинкера.
Цемент в США производит больше выбросов, чем цемент, производимый во многих других странах, поскольку он содержит больше клинкера. Среднее соотношение клинкера и цемента в США составляет 0,88 (т.е. 880 килограммов клинкера на тонну цемента). Средний мировой показатель составляет 0,76, а в ЕС, Индии и Китае это соотношение находится между 0,64 и 0,76. В 2019 году интенсивность выбросов цементного производства в США составила около на 20% выше чем в других крупных странах-производителях цемента.
Причина разницы в том, что, в отличие от США, другие страны в основном производят цемент, заменяя часть клинкера низкоуглеродными материалами, известными как дополнительные цементирующие материалы (SCM). SCM включают побочные продукты отходов, такие как шлак и летучая зола, или другие природные материалы, такие как глина. Такая замена клинкера обычно производится при производстве цемента на заводе по производству «смешанных цементов». Американские производители не часто включают СКМ в значительных количествах при производстве цемента, хотя СКМ обычно добавляются в цемент во время замешивания самого бетона.
Как замена клинкера играет роль в сокращении выбросов цемента
Поскольку в США СКМ включены в бетон, важно учитывать, существует ли разница в цемент Интенсивность выбросов в разных странах действительно является справедливым сравнением «яблоки с яблоками». Сравнение общего соотношения вяжущего (т.е. вяжущих материалов, включая цемент и СКМ) к бетону было бы лучшим показателем для сравнения замены клинкера в США с другими странами. Однако данные о том, в какой степени СКМ заменяют цемент и, по сути, клинкер, в бетоне США жесткий проходить мимо. Последовательные общедоступные данные о бетонных смесях и связанных с ними выбросах парниковых газов недоступны для тысяч поставщиков бетона в Соединенных Штатах.
Последние оценки среднего количества цемента, используемого для изготовления бетона в США — от 10% до 15% по объему — соответствуют остальному миру. А недавний отчет показал, что интенсивность выбросов бетона в США составляет выше чем некоторые другие страны. Это говорит о том, что более высокая интенсивность выбросов при производстве цемента в США является реальной проблемой, которая не решается в процессе производства бетона. Фактором, способствующим этому, могут стать предписывающие стандарты содержания бетона, установленные различными государственными органами в 37 штатов США, которые определяют максимально допустимое количество замены цемента.
Поскольку производителей цемента гораздо меньше, чем производителей бетона, самым быстрым и прозрачным способом решения этой проблемы было бы поощрение замены клинкера путем добавления СКМ при производстве цемента.
Министерство энергетики США (DOE) считает замену клинкера самым мощным рычагом для декарбонизации цемента до 2030 года и оценивает, что использование смешанных цементов сократит выбросы цемента в США на 20-25% в своем последнем докладе. Отчет о коммерческом запуске низкоуглеродистого цемента. По данным Министерства энергетики, помимо снижения интенсивности выбросов бетона, добавление SCM может повысить прочность цемента и снизить общую стоимость производства цемента, что, по данным Министерства энергетики, может приносить дополнительную прибыль в размере 1 миллиарда долларов в год.
Так почему же США отстают в производстве смешанных цементов?
Цементный сектор США является одним из старейших в современном мире и производит цемент способом, который хорошо работает на протяжении двух столетий. Это также относительно дешевый материал, и нет стимулов к более разумному использованию его и его ингредиентов. На пути изменения отрасли существует множество препятствий, в том числе давняя историческая практика, институциональная инерция, недостаток информации об использовании смешанных цементов и не склонность строительной отрасли к риску. Такое сочетание приводит к низкому уровню приемлемости цементов с низким содержанием углерода покупателями.
Например, хотя стандарты, допускающие замену клинкера в цементе, существуют в США уже более десяти лет, например стандарты ASTM C1157 основанный на эксплуатационных характеристиках стандарт для цемента и C595 стандарт, основанный на содержании, для добавления SCM — они не были легко приняты государственными закупочными агентствами и подрядчиками из частного сектора, которые решают, какие материалы будут использоваться в строительных проектах. Наиболее часто используемый цемент в США, известный как портландцемент, производится с использованием АСТМ С150 стандарт, который допускает замену клинкера лишь на 5%. Между тем, в ЕС наиболее распространенный тип цемента (CEM II) имеет степень замещения клинкера от 6% до 35%.
Усилия по декарбонизации цементной промышленности США
Правительство и промышленность США активизируют действия и инвестиции для декарбонизации цементного сектора. Министерство энергетики недавно награжден 1,6 миллиарда долларов на шесть проектов, направленных на декарбонизацию цемента. Три из шести профинансированных проектов направлены на демонстрацию промышленного производства известняк, обожженная глина (LC3), разновидность смешанного цемента.
В настоящее время в Конгрессе также находятся два двухпартийных законопроекта — Закон об инновациях в бетоне и асфальте и Закон о ВОЗДЕЙСТВИИ – которые стремятся продвигать исследования, разработки и демонстрационные проекты в области низкоуглеродистого цемента и бетона, а также создавать рынки для этой продукции. На конференции ООН по изменению климата 2023 года (COP28) США подтвердили свою приверженность Инициативе ООН по глубокой декарбонизации промышленностиобещая закупать низкоуглеродистый цемент, сталь и бетон для финансируемых государством проектов.
Министерство энергетики 2023 года отчет продемонстрировала стандарт на смешанный цемент, известный как портланд-известняковый цемент (PLC), который недавно был принят департаментами транспорта всех штатов. Это привело к тому, что на долю смешанного цемента пришлось 35% цемента, потребляемого в США в 2023 году, по сравнению с всего лишь 3% в 2020 году. Хотя это хороший прогресс, он, вероятно, снизил интенсивность выбросов цемента на номинальную величину (около 5%), поскольку стандарт для PLC допускает замену клинкера необработанным известняком только до 15%.. Таким образом, правительственным учреждениям необходимо поощрять использование смешанных цементов с гораздо более высокими показателями замены клинкера, таких как LC3, которые могут заменить до 40% клинкера с использованием комбинаций SCM на основе существующих стандартов. Этот практический пример показывает, что продвижение стандартов на материалы для подобных смесевых цементов, таких как LC3, может быть эффективным инструментом для масштабирования замены клинкера и использования смесевых цементов с низким содержанием углерода.
Ассоциация портландцемента (PCA), которая представляет многих производителей цемента в США, поставить цель сократить соотношение клинкера к цементу до 0,75 к 2050 году. А Глобальная ассоциация цемента и бетона, которая представляет 40% мировых производителей цемента и 85% производителей цемента в США, стремится снизить глобальное среднее соотношение клинкера до 0,58. к 2050 году.
Чтобы идти в ногу с международными целями, цементный и бетонный сектор США явно должен предпринять дальнейшие шаги и нуждается в более эффективной политике для поддержки целевого показателя соотношения клинкера к цементу 0,58 или ниже к 2050 году.
Как США могут сократить выбросы от цемента и бетона
Уменьшение количества клинкера в цементе, а также количества цемента в бетоне — это решения по декарбонизации, которые необходимо использовать в тандем и по всей цепочке создания стоимости.
Политика правительства может помочь ускорить эти изменения. Некоторые способы, с помощью которых политики США могут помочь повысить уровень понимания, могут включать:
- Продвижение стандартов материалов. На этапе цементной цепочки создания стоимости стандарты производительности и содержания, которые позволяют более эффективно заменять клинкер, такие как ASTM C1157 и C595 для смешанных цементов, необходимо продвигать среди государственных учреждений, а также государственных и частных подрядчиков вместо более жесткого портландцемента C150. стандарт содержания. Аналогичным образом, необходимо принять стандарты производительности для бетона, чтобы обеспечить большую замену цемента. Стандарты должны часто обновляться с учетом инноваций и новых цементных смесей. Политики должны также поощрять дальнейшее производство СКМ посредством грантов и разрешений, особенно для натуральных продуктов, таких как глина, чтобы обеспечить надежные цепочки поставок и будущую доступность этих заменителей.
- Разработка стандартов отчетности и сравнительного анализа выбросов. Чтобы улучшить доступность данных, производителей цемента и бетона следует поощрять к принятию таких стандартов, как Экологическая декларация продукции типа III (EPD) для обеспечения последовательной отчетности об интенсивности выбросов. Агентство по охране окружающей среды США (EPA), которое разрабатывает Программы помощи EPD и углеродной маркировки для гармонизированных стандартов, должны гарантировать, что производители смогут продемонстрировать более низкие выбросы за счет использования смесей цемента и СКМ в бетонной смеси последовательным и доступным способом.
- Использование политики спроса. Производители бетона, которые являются основными покупателями цемента, нуждаются в стимулах и рыночных сигналах для приобретения цементных смесей с низким уровнем выбросов. Политика закупок, такая как Купить Чистый и авансовые рыночные обязательствацелью которого является использование покупательной способности правительства для создания спроса на экологически чистую продукцию, может быть использовано для создания рынка смешанного цемента.
- Повышение осведомленности по всей цепочке создания стоимости. Чтобы повысить осведомленность и признание во всей цепочке создания стоимости, такие агентства, как Министерство энергетики, Агентство по охране окружающей среды и государственные департаменты транспорта, должны запустить пилотные программы и демонстрационные проекты, демонстрируя подрядчикам и архитекторам экологические и экономические преимущества, а также прочность и долговечность смешанных цементов.
Почему США следует наращивать усилия по производству смешанного цемента
Замена клинкера для создания смешанных цементов является одним из решений, которое может быть реализовано сегодня для сокращения выбросов в цементном секторе. Его потенциал в США, в частности, необходимо использовать путем увеличения количества типов цементных смесей, снижения количества клинкера в цементных смесях и улучшения отчетности по данным для проверки сокращения количества цемента в бетоне и выбросов из него.
В то же время для полной декарбонизации цементного сектора потребуются многочисленные новые технологии, такие как новые цементы, альтернативные виды топлива и улавливание углерода. Недавний федеральные инвестиции Эти технологии открывают беспрецедентные возможности для декарбонизации цементного сектора США в среднесрочной и долгосрочной перспективе.
Таким образом, масштабное внедрение смешанных цементов в США в ближайшем будущем обеспечит продолжение инноваций в цементном секторе США, что позволит стране стать лидером в производстве низкоуглеродистого цемента.
