Výroba cementu představuje významný, avšak často přehlížený zdroj emisí oxidu uhličitého (CO₂), který má podstatný dopad na celosvětové oteplování planety. Tento klíčový stavební materiál je nepostradatelný pro moderní infrastrukturu, ale jeho výroba je energeticky náročná a generuje značné množství skleníkových plynů. Na každého obyvatele planety připadá spotřeba zhruba půl tuny cementu ročně.
Globální emise a spotřeba cementu
Kdyby byl cementárenský průmysl státem, byly by jeho emise třetí největší na světě, hned po Číně a USA. V roce 2015 způsobila výroba cementu přibližně 2,8 miliard tun CO₂, což představovalo asi 8 % světových emisí. To je zhruba čtyřikrát více než letecká doprava. Podle odhadů World Cement Association měla loni výroba cementu za následek vznik 2,4 gigatuny oxidu uhličitého, což představuje sedm až osm procent celkových globálních emisí. Podle údajů Mezinárodní energetické agentury (IEA) tvořila v roce 2019 výroba cementu zhruba 7 % celkových světových emisí oxidu uhličitého.
Můžeme očekávat, že díky rozvoji měst bude poptávka po cementu a betonu ve světovém měřítku dále narůstat. Dlouhodobé scénáře vývoje očekávají, že poptávka po cementu ve světě naroste o 12-23 % do roku 2050, zejména v důsledku rozvoje zemí jako Indie, Indonésie či Brazílie. Polovina veškerého cementu se používá na výstavbu budov, zbytek je potřeba na silnice, železnice či energetická zařízení, jako jsou elektrárny.
Hlavní producenti cementu a jejich emise
V současné době je zdaleka největším producentem cementu Čína, kde se vyrábí přibližně 60 % světové produkce. To je důsledek poměrně nedávného vývoje - ještě v roce 1990 Čína vyráběla méně než čtvrtinu světové produkce. Za rok 2020 při ní bylo vyprodukováno 1,37 miliard tun CO₂. V roce 2022 vyprodukovala Čína zhruba 2,1 miliardy tun cementu, což představuje asi polovinu celosvětové produkce. Následují Indie s produkcí asi 370 milionů tun a Vietnam asi se 120 miliony tun. Další významní producenti cementu jsou Indie, USA a Evropská unie.
V roce 2018 vzniklo v České republice kvůli produkci cementu celkem asi 3,8 miliónů tun CO₂, což je přibližně 2,7 % celkových emisí skleníkových plynů v ČR. To je srovnatelné s ročními emisemi středně velké uhelné elektrárny a skoro třikrát víc než emise z letecké dopravy. V roce 2021 se v Česku vyrobilo více než 4 700 kilotun cementu, při čemž se vyprodukovalo přibližně 3 100 kilotun oxidu uhličitého. Sektor výroby cementu a jiných minerálů se v České republice podílí zhruba pěti procenty na celkových emisích skleníkových plynů přepočtených na ekvivalent CO₂.
Čtěte také: Správný poměr cementu pro beton
Zdroje emisí CO₂ při výrobě cementu
Výroba jedné tuny cementu vytvoří v průměru 0,6 tuny CO₂. Oxid uhličitý přitom vzniká dvěma způsoby: jednak jako produkt chemické reakce, a jednak při spalování uhlí nebo plynu při zahřívání. Více než dvě třetiny emisí CO₂ pochází z chemické reakce při výpalu slínku. Přibližně polovina celkových emisí CO₂ z výroby cementu vzniká jako důsledek chemické reakce CaCO₃ + teplo ⟶ CaO + CO₂, druhá polovina celkových emisí souvisí se spalováním uhlí či plynu. Zbylých 40 % emisí z výroby cementu je důsledkem spalování uhlí nebo plynu při zahřívání. Cement se vyrábí v pecích zahříváním směsi rozemletého vápence a jílů na teploty okolo 1450 °C.
Kalcinace
Při produkci cementu vzniká 60 % emisí CO₂ při chemické reakci, která se nazývá kalcinace. Působením tepla se vápenec rozkládá na oxid vápenatý a oxid uhličitý. Tento proces je nevyhnutelný pro výrobu slínku, hlavní složky cementu, a jeho emise nejsou prakticky snížitelné tradičními metodami.
Spalování fosilních paliv
Emise z fosilních paliv odpovídají za zhruba 33 procent celkových emisí skleníkových plynů z výroby cementu. Cement se vyrábí v pecích, zahříváním směsi rozemletého vápence a jílů na teploty okolo 1450 °C. Použití uhlí nebo plynu k dosažení těchto vysokých teplot představuje další významný zdroj CO₂.
Možnosti snižování emisí při výrobě cementu
Pro naplnění Pařížské dohody a omezení oteplování na 2 °C musejí emise z výroby cementu klesnout do roku 2050 asi o čtvrtinu. Cementárny chtějí snížit emise o polovinu. I když se bude objem jeho výroby zvyšovat, je možné snížit celkové emise z výroby cementu.
Zachycování a ukládání uhlíku (CCS)
U dekarbonizace výroby cementu hraje zachytávání CO₂ pomocí technologie CCS (Carbon Capture and Storage) a jeho následné uložení či využití hlavní roli. Zařízení na CCS dovede zachytit 90-95 procent emisí dané cementárny a jedná se tak o hlavní technologii dekarbonizace cementu, bez které se uhlíkové neutralitě nelze přiblížit. Většina zachyceného CO₂ by byla uložena v podzemních geologických formacích. Podle některých studií se CO₂ v řádu měsíců naváže do stávající horniny, nikam neunikne, urychluje proces tvorby hornin a stane se součástí podloží. V roce 2050 může technologie CCS či beton vytvrzený uhlíkem představovat přibližně polovinu snížení emisí ve srovnání s emisemi z cementu, který se vyrábí dnes. V aktuálním Vnitrostátním plánu České republiky v oblasti energetiky a klimatu se píše, že Česko bude muset zajistit zachycení a uložení 8,1 milionu tun oxidu uhličitého ročně. A to po roce 2035.
Čtěte také: Míchání betonu: Postup
Použití alternativních paliv
Cementárny nicméně fosilní paliva postupně nahrazují alternativními palivy z průmyslových, jinak nevyužitelných odpadů, navíc s významným podílem uhlíkově neutrální biomasy. Tuhá alternativní paliva (TAP) jsou vlastně drtí pneumatik, textilu, papíru, štěpky či plastových výmětů, což je třeba plast z třídicích linek nevhodný k recyklaci. „Cementárny v České republice patří mezi trojici nejúspěšnější evropských států ve využívání alternativních paliv, průměr náhrady je zhruba 87 procent a některé výrobní jednotky dosahují až 95 procent. Biomasa je důležitá, protože se považuje za uhlíkově neutrální. Při spalování se sice uvolňuje oxid uhličitý, ale absorbovaly ho spalované rostliny během svého růstu. V našem palivovém mixu uvnitř pece využíváme téměř z 95 procent tuhá alternativní paliva.
Snížení množství slínku a nové materiály
Emise by měly pomoci snižovat například kalcinované jíly. Kalcinované jíly mají oproti slínku až 3,5krát nižší uhlíkovou stopu. Na nové cementy si budou zvykat hlavně stavebníci. Nejčastěji používaným druhem cementu je portlandský cement CEM I, který má nejvyšší uhlíkovou stopu. Cementárny se například snaží přidávat do cementu další směsi, které snižují uhlíkovou stopu (například strusku).
Při mletí lze slínek „naředit“ materiály, které uhlíkovou stopu nemají. Například přidáme strusku, popílek, vápenec nebo stavební demoliční odpad. Jsou to materiály, které uhlík vůbec neobsahují, anebo ano, ale byl již vykázán při jiné výrobě - struska třeba při výrobě oceli. Nová norma Evropské unie na cement pracuje se stavebním a demoličním odpadem. Budeme moci vyrábět cementy, kde vedle strusky, popílku či vápence bude jedna ze složek stavební demoliční odpad.
Recyklace betonu
Po celém světě se také objevují snahy recyklovat beton. V současné době není recyklace betonu příliš běžná. Jejímu širšímu využití by napomohly změny některých principů při stavbě i navrhování staveb, které by zároveň vedly k nižší spotřebě zdrojů. Kromě toho lze recyklovat i hotový beton, zatím tomu ale často bránila nejistota v kvalitě a vlastnostech recyklovaného materiálu. I u nás se v Univerzitním centru energeticky efektivních budov ČVUT testují speciální betonové struktury obsahující recykláty.
Nahrazení betonu a alternativní úsporná řešení
Lze méně stavět z betonu a místo toho používat například dřevo. Hovoří se například o 3D tisku budov, které zatím nelze aplikovat ve velkém měřítku. Jako schůdnější cesta se jeví využití menších modulárních jednotek, které byly předvyrobeny v továrnách. Ty by do stavebnictví přinesly větší efektivitu, a tedy opět ušetřily emise i finance. Ke snížení emisí může přispět i probíhající digitalizace stavebnictví (BIM) - díky lepšímu přehledu o celé stavbě bude vznikat méně odpadu a pravděpodobně bude potřeba i méně betonu.
Čtěte také: Kolik stojí cihla?
Cement vs. Beton - Vysvětlení procesu tuhnutí
Beton je směs písku, vody a cementu, který při tuhnutí písková zrna slepí. Představa, že se při tuhnutí váže CO₂ zpět do betonu, je častý omyl. Pro vysvětlení je potřeba rozlišovat mezi maltou a betonem, jejichž tuhnutí jsou velmi odlišné procesy.
- Malta: Je směs hašeného vápna Ca(OH)₂ s vodou a pískem a tuhnutí malty spočívá ve vázání CO₂ ze vzduchu a přeměně hašeného vápna na vápenec.
- Beton: Tuhnutí betonu je jiný, a v jistém smyslu složitější proces - nezpůsobuje jej reakce se vzduchem, ale reakce s vodou, při které vznikají tzv. hydratační produkty, tedy sloučeniny obsahující chemicky vázanou krystalovou vodu - proto je možné pracovat s betonem i pod vodou. Tyto hydratační produkty jsou ve vodě nerozpustné a velmi pevné. K velmi slabému vázání CO₂ ze vzduchu dochází až při zvětrávání betonu, kdy působením vody a oxidu uhličitého vzniká zejména na povrchu betonu vápenec.
Tabulka: Shrnutí emisí a potenciálu snížení v minerálním průmyslu
| Oblast průmyslu | Podíl na světových emisích CO₂ | Hlavní zdroj emisí | Možnosti snížení emisí |
|---|---|---|---|
| Výroba cementu | 7-8 % | Kalcinace (60 %), spalování fosilních paliv (40 %) | CCS, alternativní paliva, kalcinované jíly, recyklace betonu, nahrazení betonu, digitální technologie |
| Výroba vápna | ~1 % | Kalcinace (dvě třetiny), spalování fosilních paliv | CCS, vodík (jako palivo) |
| Výroba skla | ~0,3 % | Spalování (75-85 %), chemické reakce (15-25 %) | Částečná elektrifikace výroby, vodík (jako palivo), recyklace skla |
Dekarbonizace minerálního průmyslu v širším kontextu
Cement, vápno a sklo jsou tři hlavní produkty emisně náročného sektoru - tzv. minerálního průmyslu. Jeho dekarbonizace nebude snadná, protože nestačí pouze nahradit fosilní paliva při spalování, velká část emisí vzniká také při chemických reakcích během výroby, zejména u cementu a vápna. Bez cementu, vápna a skla se společnost neobejde a světová poptávka po těchto produktech bude v následujících letech nejspíše růst. Výroba cementu se proto řadí k průmyslovým procesům, jejichž emise sice lze snížit, ale mnohem obtížněji než například v energetice.
Výroba vápna
Výroba vápna tvoří přibližně 1 % světových emisí CO₂. Vápno nachází uplatnění v řadě průmyslů, stavebnictví, zemědělství, papírnictví, potravinářství nebo při čištění pitné vody. Největší množství se pak využívá v ocelářském průmyslu, kde slouží při zpracování surového železa na ocel. Dvě třetiny emisí vznikají u výroby vápna procesem kalcinace stejně jako u cementu. Tento proces přeměny v současnosti není možné přímo nahradit jiným, emisně méně náročným. Podobně jako u cementu nelze ani u vápna do budoucna očekávat pokles spotřeby. Stejně jako u cementu představuje i zde CCS nejvýznamnější způsob snížení emisí. Vodík lze využít jako palivo, které by znamenalo snížení emisí CO₂ až o třetinu.
Výroba skla
Výroba skla tvoří přibližně 0,3 % světových emisí CO₂. U skla je hlavním zdrojem emisí spalování, které produkuje 75-85 % emisí CO₂. Zbylých 15-25 % připadá na chemické reakce. U skla nelze do budoucna očekávat úspory ve využití či jeho větší substituci. Zároveň představuje důležitý materiál v rámci transformace a dekarbonizace jiných oblastí. Podle scénáře od společnosti British Glass by celkové emise snížila nejvíce (zhruba o polovinu) částečná elektrifikace výroby. U skla bude důležitý také přechod na vodík, který nahradí zemní plyn jako palivo tam, kde elektrifikace nebude možná. V EU se už v současnosti recykluje 76 % obalového skla.
tags: #kolik #co2 #celosvetove #produkuje #vyroba #cementu