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.

Proč výroba cementu produkuje tolik CO₂?

Výroba jedné tuny cementu vytvoří v průměru 0,6 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 60 % emisí CO₂ z výroby cementu:

Zbylých 40 % 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.
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

• Carbon Brief: Q&A: Why cement emissions matter for climate change
• Materiály k přednášce o betonu, VŠB – Technická univerzita Ostrava
• Robbie M. Andrew: Global CO₂ emissions from cement production
• Mezinárodní energetická agentura: Cement