Hauptbestandteil von Zement, Klinkerproduktion kann sehr umweltschädlich sein
Hast du von Klinker gehört? Dieser Name kommt Ihnen vielleicht nicht bekannt vor, aber beachten Sie, dass er viel häufiger vorkommt als Sie denken. Gebäude, Häuser, Bürgersteige, Bühnen und im Grunde alle Bauarbeiten basieren auf Zement als einem ihrer Grundmaterialien ... Und Klinker ist der Hauptbestandteil der Zementzusammensetzung.
Klinker ist ein körniges und starres Material, wie im Bild unten zu sehen ist. Im Allgemeinen kann gesagt werden, dass Klinker als homogenes Pulver (Mehl) aus verschiedenen gemahlenen und gemischten Rohstoffen betrachtet wird, das sich bei sehr hohen Temperaturen in Gestein verwandelt. Der Herstellungsprozess für diese Substanzen ist alles andere als einfach und kann erhebliche Umweltauswirkungen verursachen.
Fertigungsprozess
Portlandklinker oder Portlandklinker, wie er auch genannt wird, wird durch Verbrennen von in einem Drehrohrofen gemahlenen Rohstoffen bei Temperaturen bis zu 1450 ° C erhalten. Der Hauptrohstoff für die Herstellung von Klinker ist Kalkstein. Darüber hinaus werden in geringerem Umfang auch Ton-, Eisen- und Aluminiumoxide verwendet.
Der erste Schritt besteht also darin, diese Rohstoffe zu extrahieren und zu "verfeinern". Die Kalksteinfelsen werden nach dem Extrahieren zerkleinert und zerkleinert, bis ein feines Pulver erhalten wird. Dann wird eine homogene Mischung mit allen notwendigen Rohstoffen hergestellt. Diese Mischung bezieht sich auch auf ein feines Pulver und wird "Mehl" oder "roh" genannt.
Dieses Material wird dann in einen Drehrohrofen eingebracht, wo es auf eine Temperatur von 1450 ° C erhitzt wird, wobei an diesem Punkt Klinker auftritt.
Die Brennstoffe, die die Öfen versorgen, stammen in den meisten Fällen aus nicht erneuerbaren Quellen wie Öl und Kohle, was sich negativ auf die Risiken und Auswirkungen auf die Umwelt auswirkt. Unter den am häufigsten verwendeten Kraftstoffen fallen einige Feststoffe wie Petrolkoks und Benzin und einige gasförmige wie Erdgas auf. Unter diesen ist Petrolkoks der Hauptbrennstoff, der zur Herstellung von Klinker verwendet wird, und dies ist auf seinen hohen Heizwert zurückzuführen, der mit seinen niedrigen Anschaffungskosten verbunden ist. Neben diesen traditionellen Brennstoffen können auch Rückstände und Abfälle aus Industrie und Biomasse, Holzkohle und landwirtschaftliche Rückstände zur Versorgung der Öfen verwendet werden.
Nach dem Durchlaufen des Ofens wird dieses Material durch Luftböen abrupt abgekühlt, um seine Struktur zu stabilisieren und Wärme zurückzugewinnen. So entsteht Klinker, das Grundmaterial für die Herstellung von Zement. Nach diesem Prozess wird das erhaltene Material (Klinker) mit Gips (Gips) und anderen Zusätzen (wie Kalkstein, Puzzolan oder Schlacke) gemischt, wodurch die verschiedenen Zementsorten entstehen.
Es ist wichtig hervorzuheben, dass während der hohen Temperaturen, die innerhalb der Drehrohröfen erreicht werden, die chemische Reaktion der Kalzinierung der Kalkung auftritt. Dieser Prozess bezieht sich auf den Moment, in dem das Kalksteingestein (CaCO3) in jungfräulichen Kalk (CaO) umgewandelt wird, wobei große Mengen an CO2-Gas freigesetzt werden.
Umwelteinflüsse
Daher wird angenommen, dass der Klinkerherstellungsprozess ein hohes Verschmutzungspotential aufweist und für erhebliche Umweltauswirkungen verantwortlich ist.
Der gesamte Prozess erfordert einen hohen Energieverbrauch, sowohl in Form von Wärmeenergie durch Verbrennen von Brennstoffen zum Erhitzen von Drehrohröfen als auch in Form von elektrischer Energie, die im gesamten industriellen Prozess zum Bewegen von Maschinen und Herstellen verbraucht wird Drehen Sie die Öfen. Der größte Teil dieses Verbrauchs bezieht sich jedoch auf den Verbrauch von Wärmeenergie bei der Verwendung von Kraftstoffen.
Obwohl der Herstellungsprozess für dieses Material keinen direkten Abfall erzeugt, da die Asche aus der Verbrennung von Brennstoffen im Drehrohrofen normalerweise in den Klinker selbst eingearbeitet wird, gibt es während der Herstellung des Klinkers eine hohe Emission von gasförmigen Schadstoffen und Partikelmaterial.
Bei der Verbrennung von Brennstoffen in den Öfen, hauptsächlich aus nicht erneuerbaren Quellen, werden verschiedene Schadgase wie Kohlendioxid, Schwefeloxid, Stickoxid, Kohlenmonoxid, Bleiverbindungen und Partikel freigesetzt Schadstoffe.
Zusätzlich zu dieser bekannten Emissionsquelle ist, wie bereits berichtet, die Kalzinierung von Kalkstein einer der Hauptfaktoren für die Emission von Kohlendioxid im Klinkerherstellungsprozess und folglich von Zement, da pro 1.000 kg kalzinierter Calcit (CaCO3) erzeugt laut einer Studie 560 kg CaO und 440 kg CO2. Die chemische Reaktion der Kalzinierung ist für ungefähr die Hälfte der CO2-Emissionen in diesem Prozess verantwortlich, während der Energieverbrauch in Form von Wärme (Verbrennung von Brennstoffen) den Rest ausmacht.
Um eine Tonne Klinker zu produzieren, stößt die Zementindustrie schätzungsweise zwischen 800 und 1.000 Kilogramm Kohlendioxid aus, einschließlich des CO2, das durch die Zersetzung von Kalkstein und die Verbrennung fossiler Brennstoffe entsteht, um die Öfen am Laufen zu halten.
Darüber hinaus können in der ersten Phase der Rohstoffgewinnung auch physikalische Einflüsse auftreten, z. B. Erdrutsche in Kalksteinbrüchen und Erosionen aufgrund von Vibrationen am Boden. Und die Gewinnung von Ton in Flüssen kann zu einer Vertiefung dieser Wasserläufe führen, die Wassermenge in den Betten verringern und die dortigen Lebensräume zerstören, was die Artenvielfalt mehrerer Regionen verringert.
In Brasilien wird basierend auf Daten des United States Geological Survey (USGS - Geological Survey der Vereinigten Staaten, auf Portugiesisch) und der US Energy Information Administration (EIA - Energy Information Administration der Vereinigten Staaten) geschätzt, dass das verarbeitende Gewerbe Zement ist für bis zu 7,7% der nationalen CO2-Emissionen verantwortlich, die bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe entstehen, wobei die Klinkerproduktion die Hauptquelle dieser Emissionen ist.
Alternativen
Coprocessing
Eine Alternative, mit der die Auswirkungen dieses Produktionsprozesses minimiert werden sollen, ist die gemeinsame Verarbeitung. Coprocessing entstand als Strategie zur Verbesserung der Wirtschaftsleistung (geringerer Energieverbrauch) der Zementindustrie. Diese Technik besteht darin, den Drehrohrofen mit Abfällen aus anderen Industrien zu versorgen, immer weniger fossile Brennstoffe zu verwenden und auch die Abfallproduktion zu reduzieren.
Es werden zuvor ausgewählte Materialien verwendet, die nicht recycelt werden können (dh Abfall), die einen hohen Heizwert haben und die vollständig beseitigt werden müssen. Nach Ansicht einiger nationaler Unternehmen entstehen bei diesem Prozess keine flüssigen oder festen Abwässer, da die Asche, die zuvor auf Mülldeponien verbracht worden wäre, jetzt in den Klinker eingearbeitet wird, ohne ihre Prioritäten zu ändern.
So können verschiedene Materialien wie Reifen, Fette, Altöle, Sägemehl, pflanzliche Abfälle, kontaminierter Boden und Verpackungen gemeinsam verarbeitet werden. Krankenhaus-, Haushalts-, radioaktive, explosive und Pestizidabfälle werden nicht verwendet. Speziell für Reifen und Reisschalen veröffentlichten die Forscher Miguel Afonso Sellitto, Nelson Kadel Jr., Miriam Borchardt, Giancarlo Medeiros Pereira und Jeferson Domingues von Unisinos einen Artikel in der Zeitschrift Ambiente & Sociedade (lesen Sie den vollständigen Artikel hier) über deren Wiederverwendung Materialien in der Zementherstellung;
Es ist wichtig hervorzuheben, dass der Nationale Umweltrat (Conama) empfiehlt, dass das Zementwerk für die Verbrennung von Abfällen in Klinkeröfen alle technischen und Umweltbedingungen aufweisen muss, um die erforderlichen Emissionsstandards zu erfüllen. In diesem Sinne muss es Folgendes haben: eine moderne Produktionslinie, einen stabilen, regulierten und optimierten Herstellungsprozess; hocheffiziente Vorrichtungen zum Zurückhalten von Partikeln und zum Waschen von bei der Verbrennung entstehenden Gasen; und Brenner, die speziell für verschiedene Arten von Brennstoffen entwickelt wurden.
Änderung der Klinkerformulierung
Eine weitere Alternative zur Reduzierung der CO2-Emissionen während der Klinkerproduktion wäre die Erstellung eines neuen Klinker- „Rezepts“. Um den CO2-Verbrauch während seiner Zusammensetzung zu senken, begann die Zementindustrie, einen Teil dieses Materials durch Hochofenschlacke - einen Rückstand aus der Stahlindustrie - und auch durch Flugasche - Rückstände aus Kohlekraftwerken zu ersetzen.
Das größte Problem im Zusammenhang mit dieser Alternative ist die Tatsache, dass die Stahlindustrie - ebenfalls stark CO2-emittierend - und die Erzeugung von Flugasche nicht mit der gleichen Geschwindigkeit wachsen wie Zementunternehmen, was langfristige Strategien unmöglich macht.
Aufgrund dieser Einschränkung verwendet die Zementindustrie seit einigen Jahrzehnten auch ein anderes Material, um Klinker in seiner Formulierung teilweise zu ersetzen: Kalksteinpulver oder „rohen Kalksteinfüllstoff“. Der Füllstoff ist ein Rohstoff, der keine Wärmebehandlung (Kalzinierung) erfordert - ein Prozess, der einen hohen Energieverbrauch erfordert und für die meisten CO2-Emissionen der Zementindustrie verantwortlich ist.
Kohlendioxidabscheidung
Techniken zur Kohlenstoffabscheidung und -speicherung sind äußerst wichtig, um die Emissionen dieses Treibhausgases in die Atmosphäre zu reduzieren. Diese Techniken verwenden physikalisch-chemische Mechanismen, um diesen Schadstoff zu trennen, und andere Kompressionstechniken, um das Kohlendioxid, das von festen Quellen wie dem Klinkerofen, der bei der Herstellung von Zement verwendet wird, emittiert wird, geologisch zu speichern.
In diesem Zusammenhang sollte Kohlendioxid aufgefangen und gespeichert werden, bevor es in die Atmosphäre freigesetzt wird. Dafür müssten die Industrien in neue Technologien investieren und ihre Anlagen anpassen, was eine große Investition erfordern würde, was zu einer Steigerung des Endprodukts führen würde.
