Roadmap Tecnológico do Cimento

Potencial de redução das emissões de carbono da indústria do cimento brasileira até 2050.

Há tempos a preocupação com o Meio Ambiente tornou-se uma realidade no dia a dia das pessoas e das empresas tendo em vista os sinais que o nosso planeta tem nos dado, como o aquecimento global, poluição do ar, chuva ácida, o derretimento de calotas de gelo e a elevação dos níveis oceânicos, resultando em uma grande degradação ambiental de ecossistemas e paisagens. A adoção de processos e medidas preventivas passou a ser, inclusive, critério decisório de compra na escolha por uma ou outra empresa, seja ela fornecedora de produtos ou serviços. Seguindo esse caminho estão sendo produzidos inúmeros estudos tecnológicos no setor da indústria civil em busca da excelência em diminuição de CO2.  Sabe-se que o cimento é um componente base de concretos e argamassas e, também, um dos materiais mais utilizados no planeta. Ele também é imprescindível ao desenvolvimento econômico e social por ser essencial para construção de casas, escolas, hospitais, estradas, entre outras infraestruturas que proporcionam saúde e bem-estar à população. A indústria do cimento responde por 7% de todo gás carbônico emitido pelo homem em níveis globais.  Felizmente, o Brasil é um dos menores emissores de CO2 por tonelada de cimento produzida, reflexo do esforço do setor no combate às mudanças climáticas. Apesar disso,  é um grande desafio buscar reduzir ainda mais as emissões de CO2  e garantir a produção do material necessário.  Roadmap é uma espécie de mapa que delimita onde a evolução de um projeto estará de acordo com o desenvolvimento do mesmo. O documento Roadmap Tecnológico do Cimento - Potencial de redução das emissões de carbono da indústria do cimento brasileira até 2050, analisou mais de 70 diferentes medidas abordadas nos Papers Técnicos do Cement Technology Roadmap Global de 2009/2018, e do Cement Technology Roadmap da Índia, de 2013, entre outras referências internacionais, e sobre como elas podem ser utilizadas no cenário brasileiro. O resultado dessa análise foi a identificação de 40 alternativas, divididas em 4 pilares, sobre os quais iremos discorrer ao longo deste artigo. Pilar 1: Adições ou substitutos de clínquer Segundo o documento:

"O clínquer é o produto intermediário da fabricação do cimento, sendo constituído por sílica, alumínio e ferro. É obtido a partir da queima, em altas temperaturas, de calcário e argilas em fornos rotativos. Quando finamente moído com gesso, em teores de 3% a 4%, constitui o cimento Portland, ligante hidráulico que ao reagir com a água tem a capacidade de endurecer e adquirir resistência, conservando essa propriedade mesmo submerso." 

É interessante que o clínquer possa ser substituído por outros materiais que também possuem propriedades hidráulicas ou pozolânicas - uma mistura de pozolanas naturais e industriais com cimento Portland, que são rochas de origem vulcânica, constituídos por uma mistura mais ou menos homogênea de materiais argilosos, siltes e areias, dando origem a diversos tipos de cimento com características e usos diferenciados. Essa substituição do clínquer apresenta vantagens como maior durabilidade e vida útil dos concretos.

É previsto que para o período que vai de 2030 e 2050, chamado de “Cenário 2°C”, o volume de adições d˚everá aumentar, reduzindo a utilização de clínquer atual de 67% para 59% em 2030 e para 52% em 2050, conforme gráfico abaixo:

Evolução da utilização de adições ao Clinquer em um Cenário 2ºC.

2: Combustíveis alternativos Aproximadamente 85% dos combustíveis utilizados pelo setor de produção de cimento no Brasil são de origem fóssil, quase que exclusivamente coque de petróleo. Os outros 15% são classificados como combustíveis alternativos, estando subdivididos, essencialmente, em resíduos e biomassas. Estes reduzem a quantidade de combustíveis fósseis e reduzem a emissão de gases de efeito estufa por dispensarem menor quantidade de CO2.

Os fornos de cimentos possuem condições favoráveis à queima de combustíveis alternativos e, esta operação conhecida como co-processamento, consiste na fabricação de cimento utilizando a queima de resíduos como alternativa à queima de combustíveis fósseis não-renováveis, que são mais poluentes. Além de reduzir a emissão de carbono enquanto geram a mesma quantidade de energia, a queima desses combustíveis alternativos tem a vantagem de diminuir o impacto ambiental causado pelos resíduos utilizados. Combustíveis alternativos têm sido utilizados desde os anos 70 em diversos países. No Brasil, esta prática teve início nos anos 90, apesar de algumas alternativas já terem sido postas em prática nos anos 80. A maioria das fábricas brasileiras está licenciada a produzir cimento utilizando combustíveis alternativos, o que aumenta o potencial da indústria em utilizar estes combustíveis. Estima-se o aumento da substituição térmica para 35% até 2030 e 55% até 2050. Foram identificados 7 substitutos principais à energia fóssil, são eles: pneus inservíveis, resíduos industriais perigosos, resíduos industriais não perigosos, moinha de carvão vegetal, CDR (combustível derivado de resíduos sólidos urbanos), lodo de tratamento de esgoto e resíduos agrícolas. Destas, a mais utilizada no Brasil é a queima de pneus inservíveis, prática que não deverá apresentar aumento no futuro devido a melhores alternativas de reciclagem existentes.

A alternativa mais viável está no reaproveitamento de resíduos não perigosos e de resíduos sólidos urbanos. A utilização do CDR, porém, apresenta alguns empecilhos, dentre os quais está a distância das fábricas em relação aos centros urbanos. Esta também é a principal dificuldade na utilização de resíduos agrícolas considerando as dimensões continentais do país. O lodo de esgoto também apresenta grande viabilidade, apesar de ter um potencial energético menor e umidade elevada.

Evolução da utilização de combustíveis alternativos no Cenário 2ºC.

3: Eficiência térmica e elétrica Eficiência, neste caso, é fazer o mesmo ou mais com a menor utilização de recursos. A produção de cimento é uma atividade que demanda muita energia ao longo de todo o seu processo, desde a preparação das matérias-primas até a moagem do produto final, passando pela produção de clínquer a temperaturas que chegam a 1.450°C. A indústria brasileira do cimento tem se preocupado com melhorias em eficiência térmica e elétrica desde os anos 70 e 80, após as duas principais crises do petróleo que foi o período onde várias empresas precisaram se adaptar e sempre procurar utilizar da melhor forma o material que possuíam.  Nos últimos dez anos, em resposta à crescente demanda do setor de construção, a indústria duplicou a produção de cimento e ampliou em 50% a capacidade instalada, atingindo 71 milhões e 100 milhões de toneladas/ano, respectivamente. Para tanto, foram utilizadas as mais modernas tecnologias disponíveis.  Por conta dos processos de modernização estimam- se mudanças significativas no consumo térmico a partir de 2030, quando unidades mais antigas (com mais de 40 anos), e equipamentos obsoletos serão gradualmente substituídos por unidades que utilizarão a melhor tecnologia disponível.  Também são previstas uma série de medidas de eficiência energética que serão adotadas não somente para reduzir a emissão de CO2, mas para a melhora de toda a operação.  Sobre a eficiência elétrica, deve-se considerar que o Brasil ainda tem uma estrutura obsoleta em comparação ao resto do mundo. Temos somente 1% de da matriz elétrica predominantemente renovável ativa, contra 5% no mundo.

Dentre as medidas estudadas que apresentaram maiores potenciais está a recuperação de calor residual para a produção de energia elétrica. O potencial de economia elétrica desta tecnologia é bastante significativo: de 20% a 30% de redução do consumo total da fábrica. Somente esta alternativa apresenta o mesmo impacto que todas as outras opções de redução do consumo elétrico. Estima-se que essa tecnologia poderia ser adotada em cerca de 35% das plantas brasileiras em médio prazo (2030).

Em termos de mitigação de carbono, essa economia energética resultaria em uma redução das emissões de cerca de 38 Mt CO2 no período de 2014 a 2050.

Intencidade térmica e elétrica na produção de cimento no Cenário 2ºC.

4: Tecnologias inovadora e emergentes As práticas existentes de redução de carbono apresentam limitações que devem ser superadas à medida que as indústrias se aproximam dessas barreiras.  Uma das principais tecnologias emergentes é a captura e utilização ou armazenamento de carbono (CCUS - Carbon Capture and Utilization or Storage). Este processo considera três etapas básicas: (I) captura e separação de CO2 na fonte emissora, (II) transporte e (III) utilização em outros processos de produção. (I) Captura de CO2 Os processos de captura de CO2 são a pré-combustão (captura o CO2 antes que o combustível líquido, sólido ou gasoso seja submetido à combustão - considerada a menos viável para o setor de produção de cimento), a pós-combustão e a oxi-combustão (queima de oxigênio puro ao invés do ar).

Entre as opções de pós-combustão estão a absorção química (potencial de 95% de absorção), utilização de membranas (80%) e ciclo do cálcio (85%). A oxi-combustão é o processo que apresenta o maior potencial de absorção, e pode ser efetuado de forma parcial (com 60 a 75% de absorção) ou completa (90 a 99%).  (II) Armazenamento de CO2 Após ser capturado e separado, o CO2 deve ser transportado até o local de utilização ou armazenagem. Este transporte deve levar em conta diversos fatores, principalmente o volume de CO2 e sua pureza. Os custos envolvidos no processo incluem o transporte, o armazenamento geológico e o monitoramento ambiental. Os depósitos para armazenamento de CO2 devem ter características bastante específicas que previnam que ele retorne à superfície.  (III) Utilização de CO2 Além de ser permanentemente armazenado, o CO2 capturado pode ser utilizado em outras áreas industriais. O potencial para utilização é limitado devido à quantidade de CO2 emitido pela indústria de cimento, entretanto, esta ainda é uma alternativa ao armazenamento, que possui um custo elevado. O CO2 pode ser utilizado em diversas áreas, incluindo: a indústria de alimentos (embora necessite de um material de alta pureza), na recuperação terciária de hidrocarbonetos, na carbonatação mineral, na transformação de CO2 em bicarbonato de sódio e na fabricação de algas para capturar CO2.  Existem ainda outros processos em andamento para o reaproveitamento de carbono, como o que captura os gases de exaustão por meio de microorganismos que convertem CO2 e hidrogênio em combustíveis e/ou bioplásticos. Outro processo é a conversão do CO2 em metanol e ácido fórmico, produtos químicos que podem ser utilizados como combustíveis ou na produção de hidrogênio. A CRASA procura informação de qualidade nos mais variados meios de divulgação de conhecimentos para mantê-los sempre atualizados sobre as novidades da engenharia civil. 

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