Think Tank Rhodium Group dice que la creciente demanda de cemento de los países en desarrollo puede aumentar las emisiones de CO2

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Los objetivos climáticos mundiales dependen de acelerar las políticas y la innovación para implementar tecnologías de cemento con bajas emisiones de carbono en regiones clave.
Cemento: crucial pero con alto contenido de carbono
El cemento, piedra angular de la infraestructura global, también es un importante culpable de las emisiones, responsable del 6% de los gases de efecto invernadero (GEI) globales en la actualidad. Si bien las regiones desarrolladas pueden haberse estancado en el uso de cemento, se espera que las regiones en desarrollo experimenten un crecimiento masivo debido a las demandas de infraestructura.
Las proyecciones de Rhodium Climate Outlook sugieren que, dependiendo del crecimiento económico, las emisiones globales de cemento fuera de las economías desarrolladas podrían duplicarse para 2100, superando las de todos los automóviles que circulan actualmente. A diferencia de los vehículos eléctricos que han tenido una adopción significativa, todavía no existen soluciones maduras y competitivas en costos para la descarbonización del cemento. Se están desarrollando varias opciones prometedoras, incluida la captura de carbono, los hornos eléctricos y de hidrógeno y procesos electroquímicos alternativos.
Un mundo construido sobre cemento
El cemento es el segundo material más utilizado a nivel mundial, después del agua. Su producción ha crecido exponencialmente, impulsada por la rápida urbanización de China. La participación de las economías desarrolladas en la producción mundial se ha reducido significativamente, del 64% en 1970 a solo el 12% en 2020, a medida que la producción de China se disparó.
El cemento es esencial para la infraestructura y la vivienda. La demanda en las economías en crecimiento está impulsada por el desarrollo económico. Históricamente, la demanda de cemento per cápita aumenta con el aumento del PIB per cápita a medida que una región se urbaniza. A esto le sigue una estabilización o un lento descenso a medida que se satisfacen las necesidades de infraestructura, como se observa en los países desarrollados.
Fuera de las economías desarrolladas, la demanda per cápita ha aumentado constantemente durante los últimos 50 años, particularmente en China. Sin embargo, sigue estando muy por debajo del promedio de las economías desarrolladas.
De cara al futuro, se espera que la demanda per cápita siga la tendencia histórica de aumentar y luego estabilizarse. Los pronósticos de Rhodium Climate Outlook muestran una disminución en la demanda per cápita de China para 2100, convergiendo con el promedio mundial debido a la desaceleración de la urbanización y el crecimiento. Mientras tanto, se prevé que la demanda en las economías desarrolladas disminuya casi un 50%, y que el resto del mundo converja hacia el promedio mundial.
Si bien es poco probable que el crecimiento excepcional de China se repita en otros lugares, se espera que la demanda fuera de China y de las economías desarrolladas aumente del 30% del total mundial actual al 84% en 2100. A medida que el consumo se traslada a las economías emergentes, la demanda global promedio se mantiene relativamente estable durante todo el año. siglo.
Se prevé que África, en particular, se convierta en el mayor productor de cemento para finales de siglo, impulsada por el crecimiento demográfico, aunque la demanda per cápita no alcanzará los niveles observados en China o las economías desarrolladas. También se espera que Oriente Medio y Asia experimenten una rápida urbanización que impulse la demanda per cápita.
A diferencia del acero, donde una proporción importante se comercializa internacionalmente, sólo el 2.6% del cemento se comercializa. Esto significa que la producción de un país está estrechamente vinculada a la demanda interna, impulsada por el crecimiento económico y poblacional local. Por lo tanto, las medidas comerciales tienen una capacidad limitada para impulsar la descarbonización en el sector.
El desafío de las emisiones
A medida que la demanda de cemento ha aumentado, también lo han hecho sus emisiones asociadas. La producción de cemento representa actualmente el 6% de las emisiones mundiales de GEI. Si fuera un país, sería el cuarto emisor del mundo.
Incluso sin grandes intervenciones políticas o soluciones de descarbonización asequibles, se espera que las emisiones globales de cemento alcancen su punto máximo en esta década y luego disminuyan un poco hacia mediados de siglo a medida que la población y el crecimiento económico se estabilicen en China. Sin embargo, se prevé que las emisiones sigan siendo persistentemente altas, e incluso podrían volver a crecer en la segunda mitad del siglo.
Rhodium Climate Outlook pronostica una amplia gama de posibilidades para la producción y las emisiones de cemento. Nuestras estimaciones sugieren que las emisiones directas del cemento podrían crecer hasta un 17% o disminuir un 39% para 2050 con respecto a los niveles actuales, una incertidumbre significativa impulsada por la dinámica económica y poblacional.
En ausencia de inversiones adicionales en innovación y políticas de descarbonización, se espera que las emisiones se mantengan relativamente estables después de 2050. La incertidumbre económica fuera de las economías desarrolladas y China es un importante impulsor de esta incertidumbre.
Se espera que las economías desarrolladas y China, con su infraestructura madura y su demanda de cemento estabilizada, vean una demanda per cápita relativamente estable en el futuro. Sin embargo, el resto del mundo, con su potencial de crecimiento ligado al desarrollo económico, presenta una incertidumbre significativa en términos de emisiones futuras.
Las emisiones de cemento en África, en particular, son muy inciertas, pero muestran una tendencia ascendente, con el potencial de multiplicarse por 8 para finales de siglo. Esto refleja la incierta trayectoria de desarrollo del continente. También se espera que el resto del mundo experimente un crecimiento promedio de las emisiones, con una amplia gama de posibilidades que abarcan escenarios con emisiones estables o en disminución.
Ampliar nuevas soluciones tecnológicas más allá de las economías desarrolladas y China será crucial para abordar las emisiones globales de cemento en las próximas décadas.
Trazando un nuevo camino a seguir
Tecnologías existentes:
La piedra caliza, la arcilla u otros materiales que contienen calcio, silicio, hierro y aluminio se extraen, se muelen y se introducen en un horno rotatorio. Se utilizan combustibles fósiles para calentar el horno a unos 1400°C, donde se produce la calcinación, lo que libera dióxido de carbono y convierte la piedra caliza en cal. Luego, la cal reacciona con otros compuestos en el horno para formar clinker, un ingrediente clave del cemento. Luego el clinker se enfría, se muele y se mezcla con aditivos para formar cemento.
La cantidad de clinker en una tonelada de cemento varía, pero el proceso de calcinación en la producción de clinker es una fuente importante de emisiones. El horno no sólo requiere grandes cantidades de combustibles fósiles, sino que la propia reacción de calcinación libera unos 520 kg de CO2 por tonelada de clinker. Además, existen emisiones indirectas de los combustibles fósiles y la electricidad utilizados en el proceso de fabricación.
Los esfuerzos actuales para descarbonizar el cemento se centran en ganancias de eficiencia y ajustes al proceso existente:
- Proceso seco: Alrededor del 80% del clinker se produce mediante un proceso seco, que es más eficiente energéticamente que el proceso húmedo que utiliza agua.
- Biomasa o combustibles residuales: Algunos fabricantes sustituyen los combustibles fósiles por biomasa o residuos, que pueden tener una huella de emisiones menor cuando se queman a altas temperaturas.
De cara al futuro, podemos esperar mejoras continuas en la eficiencia energética y una mayor sustitución de combustibles cuando sea económicamente viable. Además, el uso de materiales ampliamente disponibles como arcilla calcinada, cenizas volantes y puzolanas naturales como sustitutos del clinker (hasta un 30-40%) puede reducir las emisiones sin comprometer la integridad estructural e incluso puede ser rentable.
Tecnologías nuevas y emergentes:
Se necesitan importantes inversiones e innovación tecnológica para cerrar la brecha de emisiones restante. He aquí un vistazo a algunas opciones prometedoras con sus ventajas y limitaciones:
- Captura, almacenamiento y utilización de carbono (CCSU):
- CCS a base de aminas: La opción más madura, capturar CO2 de los gases de combustión después de la combustión. Se espera que un proyecto a escala comercial esté en funcionamiento en Noruega en 2024. Puede alcanzar tasas de captura de alrededor del 90%, pero consume mucha energía y no elimina todas las emisiones.
- Oxicombustión + CAC: Consigue mayores tasas de captura (90-99%) al utilizar oxígeno puro para la combustión, pero requiere una mayor adaptación del proceso del horno y tiene mayores costos.
- Procesos impulsados eléctricamente:
- Calcinador/horno electrificado: Reemplaza los combustibles fósiles con calefacción eléctrica, lo que da como resultado un flujo de CO2 puro para captura y almacenamiento. Con electricidad neta cero, esto podría ser muy efectivo, pero requiere una importante descarbonización de la energía y la red.
- Procesos basados en hidrógeno:
- Combustión de oxihidrógeno: Las demostraciones iniciales de Heidelberg Cement son prometedoras, pero requieren energía totalmente descarbonizada y electrolizadores eficientes para una reducción significativa de las emisiones.
- Procesos electroquímicos:
- Procesos novedosos como los de Sublime Cement ofrecen una alternativa completa, eliminando por completo las emisiones del proceso y potencialmente utilizando materiales de desecho. Sin embargo, se encuentran en las primeras etapas y dependen en gran medida de la electricidad limpia.
El panorama político:
Si bien la sustitución del clinker y el aumento de la eficiencia pueden ser económicamente atractivos, la mayoría de las tecnologías emergentes aún son incipientes. El apoyo político o la inversión privada son cruciales para su implementación:
- Contratación pública e inversión privada: Puede proporcionar soporte en las primeras etapas y reducir los costos de tecnología.
- Incentivos a la captura de carbono: Políticas como el crédito fiscal del 45T en EE.UU. pueden ayudar a compensar el costo añadido de la captura de carbono.
- Políticas de energía limpia: Promover e invertir en energía renovable barata y energía despachable sin emisiones de carbono es esencial para que muchas tecnologías logren reducciones significativas de emisiones, especialmente en las economías en desarrollo.
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Debido a la naturaleza poco comercial del cemento, es poco probable que las políticas comerciales sean efectivas para impulsar los esfuerzos de descarbonización. En cambio, las políticas que promuevan y hagan disponibles tecnologías de cemento con bajas emisiones de carbono, particularmente en las economías en desarrollo que experimentan una rápida urbanización, serán cruciales para abordar las futuras emisiones de cemento.
En conclusión, la industria cementera mundial enfrenta un desafío importante en la descarbonización de sus procesos de producción. Si bien las tecnologías existentes ofrecen algunas mejoras, se necesita innovación sustancial y apoyo político para desarrollar e implementar soluciones bajas en carbono, rentables y a gran escala, particularmente en regiones con una demanda de cemento en auge. Al acelerar la investigación, el desarrollo y la inversión en estas nuevas tecnologías, la industria del cemento puede desempeñar un papel vital en el logro de los objetivos climáticos globales.