Klimavenlig cementproduktion er et guldæg

Det kan godt være, at du ikke rigtig tænker over det. Men cement - den lidt kedelige grå masse, som får nye højhuse, broer og fabrikker til at knopskyde rundt om i verden hver dag - er faktisk en af Danmarks helt store spidskompetencer. En tredjedel af den cement, som bruges i dag, kommer fra anlæg, der er designet af danske ingeniører.

Cement kræver enorme mængder af energi, når det produceres. Derfor ligger der et stort 'grønt' potentiale gemt i at gøre cementanlæg så energieffektive som muligt.

»Vi håber på, at vi med ny teknologi kan mindske udledningen af drivhusgasser ved cementproduktion meget betydeligt,« siger Kim Dam-Johansen.

Han er professor ved DTU Kemiteknik og institutdirektør på Højteknologiplatformen 'Fremtidens Cementprocesser', CHEC Research Center, der samarbejder med virksomheden FLSmidth, som designer cementanlæg. Målet med platformens forskning er at gøre højtemperaturprocesser så rene og effektive som muligt.

Det er en opgave, der kræver forskning inden for flere forskellige områder, for en af grundene, til at cementproduktion er så CO2-syndigt, er, at det ikke blot er brændslet, men også selve råstoffet, der er årsag til emissionerne.

Dyrt på CO2-budgettet

Grundopskriften på cement er simpel: Kalk og ler i forholdet 4 til 1 varmes op til 1500 grader. Dermed sker der en kemisk proces, og i den anden ende af anlægget drysser noget, der ligner perlegrus, ud. Dette 'perlegrus' knuses med gips i store møller og voila - ud kommer cementpulveret klar til at blande op med vand.

Det lyder enkelt, men det er selvfølgelig ikke, hvilket som helst anlæg der er i stand til at opnå en temperatur i varmekammeret på 1500 grader og behandle materialer ved denne temperatur. Og selve processen koster en masse energi.

Samtidig er kalk en naturligt forekommende stenart, der under brændingen udskiller store mængder CO2, som ellers er bundet i kalken. Faktisk udgør brændingen af kalkstenene over halvdelen af moderne cementfabrikkers udslip. Så selvom man lavede systemer, der kørte 100 procent på alternativ energi, ville cementproduktionen stadig udlede store mængder CO2.

»Vi skal altså både arbejde med, hvordan vi reducerer energiforbruget, og hvordan vi sikrer, at der under forbrændingen dannes så rene gasstrømme, at vi kan opsamle CO2'en, så den kan deponeres,« siger Kim Dam-Johansen.

Derfor arbejder de danske forskere på tre væsentlige områder for at nedsætte CO2- (og andre) emissioner. Nemlig energi- og procesoptimering, alternative brændsler samt opsamling af CO2 fra de røggasser, som dannes under kalcineringen.

Energioptimering

Der er undervejs i processen adskillige muligheder for at genbruge en stor del af varmen. Et af energioptimeringsprojekterne, som man arbejder med på DTU og FLSmidth, handler om at udvikle varmevekslere, som kan opsamle varmen fra røggasser og klinkekøler og genbruge den i forvarmertårn og kalcinator.

Optimering af disse systemer giver løbende markante nedsættelser af CO2-udslip.

Samtidig arbejdes der også på at gøre de elektriske systemer - motorer og ventilatorer - mere effektive eller eventuelt køre på grøn energi. En metode er at producere elektricitet ud fra spildvarme fra cementprocessen, og her kan emissionerne muligvis mindskes med yderligere 5-10 %.

Alternative brændsler

I dag fyres der primært med kul på verdens cementfabrikker. Under fem procent af den brændsel, der benyttes, kommer fra alternative energikilder som affald og biomasse. Det anslås, at ca. 40 procent af cementfabrikkernes CO2-emissioner kommer fra brændslet. Så her er endnu et område, hvor der ville give god mening at se på mere klimavenlige løsninger.

En stopklods er dog, at fabrikkerne skal investere i splinterny teknologi, hvis det skal fungere.

»Hvis du vil til at bruge biomasse derhjemme i stedet for olie, kan du jo ikke bare hælde halmpiller i dit gamle oliefyr. Du er nødt til at få et helt nyt halmpillefyr, fordi forbrændingsprocessen er så meget anderledes,« siger Lars Skaarup Jensen, der er leder i FLSmidths afdeling for alternative brændsler.

Virksomheden har udviklet systemer, der kan benytte bildæk og andre affaldsprodukter som brændsel. Det har den fordel, at der således er tale om materiale, som alligevel ender med at blive brændt, og den varme, den proces afgiver, kan lige så godt blive brugt i cementfabrikkernes forbrændingskamre.

Samtidig omdannes de fleste af de metaller eller organiske/uorganiske stoffer, som affaldet indeholder, til mineralske forbindelser, der kan indgå i cementen som råstof.

Vi skal altså både arbejde med, hvordan vi reducerer energiforbruget, og hvordan vi sikrer, at der under forbrændingen dannes så rene gasstrømme, at vi kan opsamle CO2'en, så den kan deponeres.

Kim Dam-Johansen

Det gælder fx den giftige røggas svovldioxid, der, når den går i forbindelse med kalksten, danner gips. Denne gips kan blandes i cementen i stedet for, at man henter den fra naturen. Andre stoffer kan fanges i cementen og på den måde blive ufarlige for miljøet.

»Det afhænger meget af de lokale forhold, hvilken form for affald der kan leveres. Så vi skal kende processerne for netop den type affald, der er tilgængelig, før vi kan gå i gang med at designe et system, der passer til lige den fabrik. Vi skal vide, hvilke emissioner affaldet kan udlede, så vi ikke skaber andre miljøproblemer,« forklarer Lars Skaarup Jensen.

Mindre CO2 fra råstoffer

Over halvdelen af den CO2, som cementindustrien står for, udløses, når kalken varmes op. Derfor er der stort potentiale i at opsamle gassen, så den kan omdannes til væske og deponeres.

Teknologien kaldes Carbon Capture and Storage (CCS), men de kendte metoder til at opsamle gassen er i sig selv meget energikrævende. Derfor er et af de projekter, som man på DTU og hos FLSmidth forventer sig meget af, udviklingen af en ny CCS-metode.

»Vores foreløbige resultater viser sig markant bedre energiøkonomisk. Vi forventer, at metoden også kan bruges andre steder fx på kraftværker, så denne teknologi har et meget stort potentiale,« fortæller Kim Dam-Johansen.

Han vil på grund af den hastige og konkurrencebetonede udvikling på området endnu ikke vil komme med nogen nærmere detaljer om forskningsresultaterne.

Big business

Hvis du vil til at bruge biomasse derhjemme i stedet for olie, kan du jo ikke bare hælde halmpiller i dit gamle oliefyr. Du er nødt til at få et helt nyt halmpillefyr, fordi forbrændingsprocessen er så meget anderledes.

Lars Skaarup Jensen

Og alternative brændsler og energioptimeringer vil være en god forretning for mange cementproducenter, og dermed også for de ingeniørvirksomheder, der kan designe nye energieffektive anlæg.

For der er ingen udsigt til, at efterspørgslen efter cement vil stoppe, og det vil det politiske pres for at mindske emissioner af drivhusgasser heller ikke. Så effektiv ny teknologi, der kan få så markante bidragsydere til drivhuseffekten til at holde igen med emissionerne, vil stensikkert være big business.

»Hvis vi står klar med teknologi, som gør, at netop vores anlæg er dem, der udleder mindst CO2, så står vi meget stærkt konkurrencemæssigt,« vurderer Kent Thomsen, afdelingsleder i kontoret for patent og universitetssamarbejdet i FLSmidth.

Affald som energikilde betaler sig

Det er ikke bare udsigten til at skulle betale afgifter eller bøder for CO2-udslip, der kan være et økonomisk incitament for cementfabrikkerne til at investere i anlæg, der kan varmes op med alternative energikilder. Brændselsudgifter er nemlig i sig selv den afgjort tungeste post på fabrikkernes budget. Så ved at bruge bildæk, kød og benmel eller spildevandsslam som brændsel i stedet for kul eller olie, kan man ud over at reducere udspillet også bringe den store udgift ned.

I nogle lande udløser det oven i købet en kontant bonus, at fabrikken er med til at skaffe affaldet af vejen.

»Det er klart, at cementproducenternes incitament til at investere i nye dyre anlæg bunder i økonomi. Efterhånden som der kommer mere lovgivning, og der lægges afgifter på udledningerne, vurderer virksomhederne benhårdt, hvilket niveau det kan betale sig at optimere fabrikken,« siger Kim Dam-Johansen.