Zdroj:
Wikimedia Commons
Autor:
Gavin Houtheusen/Department for International Development
Licence:
CC BY 3.0
Explainer

Jakou roli hrají emise CO₂ z výroby cementu v klimatické změně?

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, tedy asi 8 % světových emisí. To je zhruba čtyřikrát více než letecká doprava. Můžeme očekávat, že díky rozvoji měst bude poptávka po cementu a betonu ve světovém měřítku dále narůstat. Pro naplnění cílů Pařížské dohody bude zároveň nutné dramaticky snížit emise z výroby cementu, což se zatím příliš nedaří.

Cement vs. Beton: Beton je směs písku, vody a cementu, který při tuhnutí písková zrna slepí. Cement samotný je směsí oxidu vápenatého (CaO) a oxidu křemičitého (Si2O), podrobněji viz Wikipedie.

Proč výroba cementu produkuje tolik CO2?

Výroba jedné tuny cementu vytvoří přibližně 1–1,2 tuny CO2. Oxid uhličitý přitom vzniká dvěma způsoby: jednak jako produkt chemické reakce, a jednak při spalování uhlí nebo plynu při zahřívání. Cement se vyrábí v pecích, zahříváním směsi rozemletého vápence a jílů na teploty okolo 1450 °C. Působením tepla vápenec rozkládá na oxid vápenatý a oxid uhličitý a tato chemická reakce je zodpovědná přibližně za polovinu emisí CO2 z výroby cementu:

Druhá polovina emisí z výroby cementu je důsledkem spalování uhlí nebo plynu při zahřívání. Zatímco zahřívání je možné provádět i s mnohem nižšími emisemi, například spalováním vodíku, oxid uhličitý z chemické reakce není prakticky možné snížit. Proto je dekarbonizace výroby cementu tak obtížná.

Neváže se CO2 při tuhnutí betonu zpět?

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. Tuhnutí betonu je ale 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 vázání CO2 při tom nedochází a ztuhlý beton vápenec téměř neobsahuje.

K velmi slabému vázání CO2 ze vzduchu dochází až při zvětrávání betonu, kdy působením vody a oxidu uhličitého vzniká zejména na povrchu betonu vápenec. Zvětrávání ale zhoršuje kvalitu betonu, a proto se mu snažíme zabránit.

Které státy vyrábí nejvíce cementu?

V současné době je zdaleka největším producentem cementu Čína, kde se vyrábí přibližně 60 % světové produkce. To je ale důsledek poměrně nedávného vývoje – ještě v roce 1990 Čína vyráběla méně než čtvrtinu světové produkce. Další významní producenti cementu jsou Indie, USA a Evropská unie. Zatímco v USA a EU výroba cementu postupně klesá, v Indii a dalších rozvíjejících se ekonomikách očekáváme další růst.

Kolik emisí pochází z produkce cementu v Česku?

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. Tyto emise se v emisním účetnictví řadí do dvou různých kategorií: emise z chemické reakce se započítávají jako průmyslové procesy, zatímco emise spojené se zahříváním jsou zařazeny v kategorii spalování v průmyslu.

Je možné emise z výroby cementu snížit?

Ke snížení by samozřejmě nejvíce přispěl pokles spotřeby cementu, tedy méně staveb z betonu. Dlouhodobé scénáře vývoje však očekávají, že poptávka po cementu ve světě naroste o 12–23 % do roku 2050, zejména v důsledku rozvoje zemí jako Indie, Indonésie či Brazílie. Na druhou stranu, pro naplnění Pařížské dohody a omezení oteplování na 2 °C musejí emise z výroby cementu klesnout do roku 2050 asi o čtvrtinu. Je tedy možné snížit celkové emise z výroby, i když se bude zvyšovat objem jeho výroby? Lze uvažovat o kombinaci několika přístupů:

  1. Zvýšení efektivity spalování v pecích – odhaduje se, že použití nejnovějších technologií by mohlo snížit emisní intenzitu výroby na 0,8 tun CO2 na tunu cementu.
  2. Použití alternativních paliv – vzhledem k vysoké teplotě nelze k zahřívání použít elektřinu, přichází v úvahu vodík nebo syntetická paliva z biomasy. V této oblasti můžeme v následujícím desetiletí čekat velký pokrok, ale není jasné, jak rychle bude použití alternativních paliv škálovatelné.
  3. Snížení množství CaO v cementu a jeho nahrazení jinými sloučeninami – i tento přístup je oblastí vývoje a experimentování. Nemůžeme ale očekávat velké snížení emisní intenzity výroby, protože je potřeba zachovat materiálové vlastnosti betonu.
  4. Zachycování uhlíku (CCS, carbon capture and storage) při výrobě cementu – do technologie zachycování uhlíku se vkládají velké naděje a už existují testovací projekty. Není ale zatím jasné, jak drahé a škálovatelné řešení to bude, a odborníci se navíc v hodnocení potenciálu CCS velmi rozcházejí.

Výroba cementu se proto řadí k průmyslovým procesům, jejichž emise sice lze snížit, ale mnohem obtížněji než například v energetice. Proto také scénáře dekarbonizace ekonomiky, např. McKinsey: Net-zero Europe, očekávají, že výroba cementu bude dekarbonizována jako jeden z posledních sektorů ekonomiky.

Zdroje