یک کارخانه سیمان تنها باعث نشر 5% کربن دی اکسید به اتمسفر می‌شود. این کارخانه محصولی تولید می‌کند که در مکان‌های زیادی حضور دارد ولی پنهان است. سیمان ماده تشکیل‌دهنده اساسی بتن است که پایه ساختاری ساختمان‌های مسکونی و تجاری، جاده‌ها و پل‌ها است. بعد از آب، بتن پرمصرف‌ترین ماده جهان است. به‌طور متوسط در هر سال، سه تن بتن توسط هر شخصی در سیاره زمین استفاده می‌شود.

   بتن عموماً برای ساخت ساختمان‌ها، پل‌ها، جاده‌ها، باندهای فرودگاه، پیاده‌روها و سدها بکار می‌رود. سیمان جزئی ضروری و جدایی‌ناپذیر از فعالیت‌های ساختمانی است و به همین دلیل به شدت با اقتصاد جهانی ارتباط دارد. سالانه 2.5% تولید سیمان در حال افزایش است و انتظار می‌رود از 2.55 میلیارد تن در سال 2006 به 3.7 الی 4.4 میلیارد تن تا سال 2050 افزایش یابد.

تولید سیمان

   با وجود آن‌که سیمان و بتن گاها به‌جای یکدیگر استفاده می‌شوند، ولیکن بتن محصول نهایی ساخته شده از سیمان است. جز اصلی سیمان، سنگ آهک است. برای تولید سیمان، سنگ آهک و دیگر مواد خاک رس مانند در یک کوره در دمای 1400 درجه سانتی‌گراد گرم می‌شوند و سپس به فرمی ناصاف و جامد که کلینکر (clinker) نامیده می‌شود، در می‌آید. در نهایت کلینکر با سنگ گچ برای تولید سیمان ترکیب می‌شود.

   تولید سیمان فرآیندی است که انرژی بسیار زیادی مصرف می‌کند و نشرهای شدیدی به دلیل گرمای زیاد مورد نیاز دارد. برای تولید یک تن سیمان 4.7 میلیون BTU انرژی نیاز است که معادل 400 پوند زغال‌سنگ است و نزدیک به یک تن کربن دی اکسید تولید می‌کند. بنابراین یکی از جاهایی که بررسی و برنامه‌ریزی برای کاهش گازهای گلخانه‌ای ضروری است، کارخانه‌های تولید سیمان هستند.

انتشارهای سیمان

   تولید سیمان، هم به صورت مستقیم و هم به صورت غیرمستقیم، گازهای گلخانه‌ای را آزاد می‌کند: گرم کردن سنگ آهک مستقیماً کربن دی اکسید آزاد می‌کند درحالی‌که سوزاندن سوخت‌های فسیلی برای گرمایش کوره به صورت غیرمستقیم کربن دی اکسید تولید می‌کند.

   نشر مستقیم از سیمان طی فرآیندی شیمایی با نام تکلیس (calcination) اتفاق می‌افتد. تکلیس زمانی اتفاق می‌افتد که سنگ آهک که از کلسیم کربنات ساخته شده، گرم می‌شود، به کلسیم اکسید و کربن دی اکسید تجزیه می‌شود. این فرآیند 50% تمامی انتشارات از تولید سیمان را شامل می‌شود.

   نشرهای غیرمستقیم با سوختن سوخت‌های فسیلی برای گرمایش کوره تولید می‌شوند. کوره‌ها معمولاً با زغال‌سنگ، گاز طبیعی یا نفت گرم می‌شوند و احتراق این سوخت‌ها، مابقی کربن دی اکسید را تولید می‌کند که 40% انتشارات سیمان را شامل می‌شود. برق مورد استفاده برای ماشین‌آلات کارخانه و انتقال نهایی سیمان، منبع غیرمستقیم دیگری برای انتشارات هستند که 5 تا 10% نشر را شامل می‌شوند.

راهکارهای تقلیل دادن نشرها

   با استفاده از سوخت‌های جایگزین مانند گاز طبیعی، زیست‌توده و سوخت‌های پسماندها مانند لاستیک‌ها، لجن‌ها و زباله‌های جامد شهری به‌جای سوخت‌های فسیلی، می‌توان انتشارهای غیرمستقیم را کاهش داد. این امر می‌تواند باعث کاهش 18 تا 24 درصدی کربن دی اکسید تا سال 2050 شود.

   بعلاوه، بررسی‌های راندمان قسمت‌های مختلف کارخانه خود عاملی از کاهش انتشارها است. برای مثال استفاده از کوره خشک به‌جای کوره مرطوب با راندمان پایین. همچنین می‌توان به‌وسیله بهبود مکانیکی و فنی (مانند نگهداری‌های پیشگیرانه و تعمیرات نشتی کوره) نیز باعث کاهش نشرها شد. تحقیقات نشان می‌دهد که بهینه‌سازی در این حالت، می‌تواند باعث کاهش کربن دی اکسید تا 40% شود. البته برای انجام این کارها نیاز به در نظر گرفتن محرک‌های مالی مانند در نظر گرفتن یارانه یا مالیات بر کربن دی اکسید توسط دولت است.

   کاهش نشر از فرآیند تکلیس، به معنی جایگزین کردن ماده دیگری به‌جای سنگ آهک است. سیمان مرکب یکی از این مواد است که به‌جای سنگ آهک معمولاً دارای موادی مانند سرباره کوره و خاکستر زغال‌سنگ است. این سیمان مرکب می‌تواند تا 20% باعث کاهش شود البته استفاده از این سیمان‌های مرکب به دلیل داشتن فلزات سنگین سمی، محدود است.

   در نهایت می‌توان کربن دی اکسید را بعد از تولید شدن به‌وسیله فرآیند ذخیره‌سازی و مهار کربن (CCS) مهار کرد. در کنار روش‌های قدیمی CCS که در حال حاضر نیز استفاده می‌شوند، کارخانه‌های سیمان می‌توان فرآیند CCS خاص خود را طراحی کنند. یکی از این راهکارها، فرآیند کربناسیون شتابدار (Accelerated Carbonation) است که کربن دی اکسید به بتن نفوذ کرده و با کلسیم هیدروکسید در حضور آب واکنش می‌دهد و کلسیم کربنات تشکیل می‌دهد. محصول ایجاد شده، پایدار و ذخیره‌ساز بلندمدت کربن دی اکسید است.