Секторные экономические инструменты и варианты обязательств по ограничению выбросов парниковых газов (стр. 7 )

Средние выбросы CO2 при производстве цемента в различных странах и регионах[21]

Выбросы СО2 состоят из двух частей. Больший объем (от половины до двух третей) дает эмиссия СО2 при прокаливании известняка до температуры более 9500С, что необходимо для производства клинкера – основной части «обычного» цемента. Доминирующим в мире типом цемента является портландцемент, который на 95% состоит из клинкера и на 5% из гипса. Снизить эту часть выбросов можно, только снижая долю клинкера в цементе, переходя на смесовые цементы или даже на цемент без клинкера, что технологически возможно. В качестве добавок используется поццолана (вулканический туф), летучая зола или гранулированный шлак доменных печей.

Важной альтернативой клинкеру для портландцемента являются негашеная известь и поццолановые смеси. Они широко применяются в Германии и Италии. Однако получаемый в результате бетон чувствителен к воде, а поэтому не может использоваться во всех случаях. Кроме того, наличие шлаковых отходов ограничено, а поццолана может добываться только в определенных местах. При транспортировке цемента или цементного сырья на длинные расстояния может быть дополнительно потрачено большое количество энергии, что увеличит стоимость заведомо дешевой продукции. Тем не менее, заменители клинкера обладают высоким потенциалом, даже в странах ОЭСР. В США можно заменить около 5% всего клинкера.

Состав различных видов цемента

Вид цемента	Портланд­цемент (%)	Портландцемент с добавкой летучей золы (%)	Цемент на основе доменного шлака (%)	Цемент с активированными шлаками (%)
Клинкер	95	75	30	0
Зольная пыль	0	25	0	45
Доменный шлак	0	0	65	0
Синтетический шлак	0	0	0	45
Жидкое стекло	0	0	0	10
Гипс	5	0	5	0

В дальнейшем, вероятно, будут разработаны новые виды цемента, в которых в качестве первичного сырья не будет использоваться известняк. Эти новые виды носят название «геополимеров»; технологическая осуществимость, экономическая и энергетическая эффективность этих альтернативных цементов требуют изучения. В целом потенциал сокращения выбросов CO2 к 2050 г. при использовании смесовых цементов и геополимеров оценивается величиной от 200 до 400 млн. т.

Глобальные перспективы технологий смесовых цементов и геополимеров[22]

Смесовый цемент	2003-2015	2015-2030	2030-2050
Технологическая стадия	Коммерческая	Коммерческая	Коммерческая
Размер инвестиций (долл./т)	0-10	0-10	0-10
Снижение выбросов CO2 (%)	<35%	35-65%	35-65%
Снижение выбросов CO2 (млрд. т/год)	0 – 0,15	0,05 – 0,2	0,2 – 0,4

Меньшая часть, от трети до половины выбросов СО2 – энергозатраты на измельчение сырья и сушку продукции, которые сильно зависят от технологии. В мире используются 4 основные технологии. Наиболее широко используемым процессом изготовления клинкера является энергоэффективный сухой способ, который постепенно замещает мокрый способ. В последние несколько десятилетий в качестве меры по сбережению энергии применяется также технология предварительного прокаливания, своего рода «полусухой» метод. Одним из способов повышения энергоэффективности барабанных печей для сушки и обжига является увеличение числа подогревателей. Так, увеличение числа циклонных подогревателей с 4 до 6 приводит к снижению потребления топлива барабанной печью примерно на 10%.

Технологии, используемые в производстве цемента в развивающихся странах (особенно в Китае), отличаются от используемых в развитых странах. В то время как в Китае в большей степени применяются небольшие вертикальные печи для обжига и сушки (килны), в развитых странах чаще всего встречаются большие барабанные печи. Большие печи намного более энергоэффективны. Наилучшие технологии производства клинкера на 30-40% более энергоэффективны, чем устаревшие.

Современные сухие барабанные клинкерные печи характеризуются достаточно высокими показателями экономии топлива, потребляя около 3 ГДж на тонну клинкера. Термодинамический минимум, необходимый для поддержания эндотермической реакции, примерно равен 1,8 ГДж на тонну (около 60 кг условного топлива на тонну продукции). В течение нескольких лет проводились исследования, направленные на замену существующей барабанной печи альтернативной конструкцией на основе технологии кипящего слоя. Такая пилотная установка мощностью 20 т в сутки успешно работает в Японии. Использование подобной технологии позволяет небольшим заводам повысить эффективность, однако в случае больших заводов рост эффективности либо незначителен, либо вообще отсутствует. Как результат, данная технология пока не нашла коммерческого применения. Прекрасные технико-экономические характеристики барабанных печей позволяют с большой долей уверенности предполагать, что именно они станут основной технологией в следующие десятилетия. Тем не менее, задача совершенствования технологий существует, и их внедрение может привести к снижению выбросов CO2 на 200-400 млн. т к 2050 г.

Глобальные перспективы улучшения печей - килнов

Улучшение характеристик печи	2003-2015	2015-2030	2030-2050
Технологическая стадия	Коммерческая	Коммерческая	Коммерческая
Размер инвестиций (долл./т)	50-80	40-60	30-50
Снижение выбросов CO2 (%)	10-15%	10-15%	10-25%
Снижение выбросов CO2 (млрд. т/год)	0,01-0,02	0,1-0,2	0,2-0,4

Дополнительным фактором является состав используемого топлива. Замещение части ископаемого топлива отходами или биотопливом уже достаточно широко применяется в Европе. Печи для обжига и сушки цемента хорошо подходят для сжигания отходов из-за высокотемпературного режима, а также, поскольку клинкер и известняковое сырье действуют как газоочистительные реагенты. Изношенные шины, древесина, пластмасса, химикаты и другие виды отходов в больших количествах сжигаются вместе в печах для обжига и сушки цемента. В Бельгии, Франции, Германии, Нидерландах и Швейцарии за счет замещения топлива получают в среднем от 35 до 70% и более всей используемой энергии. На некоторых заводах за счет отходов достигнут даже 100%-ный уровень замещения. Тем не менее, очень высокий уровень замещения возможен лишь при наличии систем предварительной обработки и контроля. Например, бытовые твердые отходы необходимо предварительно обработать для получения гомогенных показателей теплотворной способности и характеристик сырья.

Цементная промышленность США ежегодно сжигает 53 млн. изношенных шин (387 тыс. т), что составляет 41% от общего числа сжигаемых шин; при этом высвобождается около 15 ПДж энергии (около 500 тыс. т у. т.). Однако, около 50 млн. шин по-прежнему закапывается. Еще одним потенциальным источником энергии являются битумные дорожные покрытия. Ежегодно, вместо того чтобы сжигаться в цементных печах, это сырье закапывается в отвалы. Общее количество эквивалентно примерно 100ПДж (3,3 млн. т у. т.).

Хотя указанные альтернативные топливные материалы используются довольно широко, последствия их применения противоречивы, поскольку цементные печи не так строго контролируются с точки зрения выбросов, как мусоросжигательные установки. По данным МЭА, в 2003 г. цементная промышленность стран ОЭСР потребила 66 ПДж (2,25  млн. т у. т.) энергии сжигаемых возобновляемых ресурсов и отходов, половину которых составляли промышленные отходы и половину – древесные отходы. В целом по всему миру для производства цемента было использовано 112 ПДж (3,8 млн. т у. т.) энергии биомассы и 34 ПДж (1,15 млн. т у. т.) энергии отходов. Альтернативные виды топлива мало используются за пределами ОЭСР. С технической точки зрения, применение альтернативного топлива можно повысить до 1-2 ЭДж (примерно 30-60 млн. т у. т.), хотя уровень применения в разных регионах мира будет разным – в зависимости от наличия тех или иных топливных ресурсов.

В целом процесс снижения выбросов в отрасли можно разделить на 2 стадии.

1) Повсеместный переход на современную «сухую» технологию.

2) Использование отходов в качестве топлива и снижение содержания клинкера в цементе позволит существенно экономить энергию и снизить выбросы СО2.

Суммарный технический потенциал новых технологий оценивается в среднем в 30% – от 20 до 50% снижения выбросов СО2 в различных регионах мира. Более подробное исследование возможностей внедрения различных цементных технологий в разных странах и мире в целом было выполнено МЭА в докладе 2008.

Потенциал снижения выбросов СО2 при производстве цемента
(от уровня и при объемах производства 2005 г.)[23]

В целом в мире потенциал снижения выбросов оценивается как 450 млн. т СО2/год, где ведущая роль принадлежит Китаю – около 250 млн. т СО2/год. На долю России приходится порядка 20-25 млн. т СО2/год (порядка 1% наших нынешних выбросов парниковых газов или до 1,5% от выбросов СО2 от сжигания ископаемого топлива). Примерно такой же потенциал в абсолютных единицах имеют США и Индия, а также развитые европейские страны (вместе взятые). С другой стороны, в удельных единицах потенциала снижения выбросов на единицу продукции положение России совершенно уникально.