April 2019
De productie van Portlandcement (PC) is momenteel verantwoordelijk voor 8-10% van de wereldwijde door de mens veroorzaakte CO₂-uitstoot. PC en op PC gebaseerde mengsels zijn veruit de meest gebruikte bindmiddelen in betonproductie, toegepast in meer dan 99% van de betonconstructies. In dergelijk beton is PC verantwoordelijk voor 74-81% van de CO₂-voetafdruk. Daarom vereist een substantiële vermindering van de klimaatimpact van beton ecologische innovatie op cementniveau.
Vandaag de dag worden er veel nieuwe technologieën ontwikkeld om de CO₂-uitstoot van de cement- en betonindustrie te verlagen. Een van de meest veelbelovende technologieën is gebaseerd op de gedeeltelijke vervanging van traditioneel PC door industriële bijproducten met cementachtige eigenschappen, zoals hoogovenslakken uit de ijzerproductie of vliegas uit kolengestookte energiecentrales. Als bijproducten zijn hun beschikbaarheid en eigenschappen echter beperkt. Zo heeft de sluiting van kolengestookte elektriciteitscentrales al geleid tot tekorten aan vliegas, en zal de toenemende recycling van staal leiden tot een lagere productie van ruwijzer en minder hoogovenslakken. Daarom moeten toekomstige duurzame cementsoorten steunen op een bredere waaier aan oplossingen. Er is een diversificatie van lokale (secundaire) grondstoffen aan de gang om de gedeeltelijke vervanging van PC uit te breiden, en nieuwe zogenaamde “alternatieve bindmiddelen” zetten hun eerste stappen op de markt.
In de toekomst zal de sector van bouwmaterialen diverser en duurzamer moeten zijn, en tegelijkertijd veilig en performant, met naleving van ambitieuze milieu- en technische normen. Bovendien moet de productie van nieuwe bouwmaterialen worden afgestemd op lokale hulpbronnen, afhankelijk van het soort en de beschikbaarheid van secundaire grondstoffen uit verschillende industriële installaties. In deze context beschouwt het Intergouvernementeel Panel inzake Klimaatverandering mineralencarbonatie als een belangrijke optie om zowel de concentratie van broeikasgassen in de atmosfeer te verminderen als om duurzaam beton te produceren. Een geschikte klasse van materialen voor carbonatie zijn onder andere alkalische slakken die als bijproduct ontstaan bij de staalproductie. Bijvoorbeeld, roestvrijstaalslakken (SSS) zijn een bijproduct van de productie van roestvrij staal.
Deze studie analyseert de milieuprestaties van drie voorbeelden van SSS-mineralisatie-uitharding, elk met een andere bron van CO₂:
- rookgas uit de staalindustrie, waarbij CO₂ wordt gescheiden via een cryogeen proces
- biogas uit anaerobe vergisting, waarbij CO₂ wordt gescheiden via membranen
- afvalgas uit ammoniakproductie, waarbij CO₂ wordt gescheiden via chemische absorptie
De teruggewonnen CO₂ uit bovengenoemde bronnen wordt gebruikt om SSS-gebaseerde bouwblokken te produceren die gebonden zijn door CO₂ als vaste, stabiele carbonaten, en die qua prestaties gelijkwaardig zijn aan prefab niet-versterkte betonproducten zoals bakstenen of bestratingsstenen.
Via een milieubeoordeling op basis van levenscyclusanalyse belicht de studie de milieuknelpunten van de voorgestelde nieuwe technologieën. Rekening houdend met alleen de productieprocessen, vertonen alle drie de gevallen lagere totale CO₂-equivalente emissies vergeleken met PC-beton bestratingsstenen, met een vermindering van 71% bij cryogene scheiding, 79% bij membraanscheiding en 77% bij chemische absorptie. Naast de vermindering van de totale CO₂-equivalente emissies tijdens de productie, hebben de gecarbonateerde blokken ook het voordeel dat ze dienen als CO₂-opname- en opslagmateriaal. De uiteindelijke CO₂-equivalente balans (verschil tussen de uitgestoten CO₂-equivalenten en de opname) is negatief voor alle geanalyseerde technologieën (-5,4 kg voor cryogene scheiding, -6,8 kg voor membraanscheiding en -6,5 kg voor chemische absorptie).
Daarom tonen de milieuresultaten het potentieel van het carbonatieproces om de klimaatimpact van de productie van bouwblokken te verminderen.
Het tweede deel van de studie identificeert de belangrijkste milieu-, economische en sociale factoren die een rol spelen in de ontwikkeling van SSS-gebaseerde gecarbonateerde blokken. Enkele van de belangrijkste conclusies zijn:
- Ontwikkeling van een CO₂-valorisatienetwerk, zowel wat betreft het juridische kader als de infrastructuur
- Noodzaak om het economische potentieel van een CO₂-terugwinningssysteem te benutten
- Verbetering van regionale CO₂-balansen, met inachtneming van de effecten van interregionale handel
- Behoefte aan een succesvol certificeringssysteem om de negatieve perceptie van afvalafgeleide materialen bij consumenten te verbeteren
Het doel is om nuttige elementen aan te reiken ter voorbereiding van toekomstig beleidsadvies, gericht op het verminderen van de CO₂-uitstoot van de cement- en betonindustrie en op hoogwaardige valorisatie van industriële reststromen.
CE Center co-auteurs:
