bg‑gray3

Emisja pyłów i gazów cieplarnianych

Charakter procesu technologicznego w przemyśle cementowym w największym stopniu oddziałuje na środowisko poprzez emisję pyłów i gazów cieplarnianych (COIndeks dolny 2, SOIndeks dolny 2, NOIndeks dolny x). Udział emisji pyłów i gazów jest jednak nieznaczny w skali kraju. Emisja COIndeks dolny 2, generowana przez przemysł cementowy, wynosi ok. 3% emisji ogółem. Dla SOIndeks dolny 2 jest to ok. 0,1%, dla NOIndeks dolny x ok. 1%, z kolei dla pyłów mniej niż 1%.

Wartość emisji tlenku węgla(VI) ma największy udział w emisji gazów cieplarnianych ogółem i jest współzależna ze skalą produkcji cementu. Tlenek węgla(IV) jest uwalniany wskutek niemożliwej do uniknięcia reakcji dekarbonizacji węglanu wapnia do tlenku wapnia:

Oznacza to, że jego emisję można ograniczyć jedynie poprzez ograniczenie emisji pyłowych, czyli:

  • w pyłach procesowych – pyły cementowo‑wapiennicze, w tym pochodzące z pieców cementowych (emisja procesowa);

  • w pyłach pochodzących z działu węglowego – pyły węglowo‑grafitowe;

  • w pyłąch pochodzących z kotłowni zakładowych - pyły ze spalania paliw (emisja paliwowa).

RAlguSsjP8DZb
Dzięki inwestycjom obniżono zużycie energii cieplnej o 40% w latach 1988-2016, to wpłynęło na zmniejszenie emisji CO2 przez cementownie w Polsce.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

W ostatnich trzech dekadach doszło w przemyśle cementowym do znaczącej redukcji emisji pyłów oraz CO 2 . To z kolei wiąże się ze stosowaniem coraz bardziej zaawansowanych i wysokosprawnych filtrów na kominach (np. filtrów workowych czy tkaninowych filtrów pulsacyjnych), a także specjalnych włóknin i odpylaczy pulsacyjnych. Na piecach wypalających klinkierklinkier cementowyklinkier montuje się specjalne urządzenia do ciągłego monitorowania emisji pyłowo‑gazowej, co pozwala na stałą kontrolę procesu wypalania.

R1dpYDm5bN1Xl1
Emisja pyłu z przemysłu cementowego w latach 1975-2017
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Ciekawostka

W 2017 r. branża cementowa w Polsce wyprodukowała 17,23 mln ton cementu, co wiązało się z emisją 10,27 mln ton CO 2 . Wyprodukowanie jednej tony cementu pociąga za sobą emisję produktową na poziomie 793 kg CO 2  – w latach 80. XX w. wartość ta wynosiła ponad 1100 kg CO 2 ! Około 63% tej wartości to tzw. emisja procesowa. Kamień wapienny jest jak dotąd głównym surowcem do produkcji klinkieru cementowego. Emisja  CO 2  więc, pochodząca z termicznego rozkładu tego surowca, jest nieunikniona, zaś wpływ na jej obniżenie jest nieznaczny. Węglan wapnia podczas produkcji klinkieru jest rozkładany na tlenek wapnia i tlenek węgla(IV). Ta emisja jest stała i proporcjonalna do ilości wyprodukowanego cementu, tzn. nie da się jej wyeliminować bez zmiany substratu.

Przemysł cementowy otrzymuje corocznie od Krajowego Ośrodka Bilansowania i Zarządzania Emisjami – organu bezpośrednio podlegającym Ministrowi Środowiska – przydziały darmowych uprawnień do emisji CO 2 . Nie pokrywają one jednak w pełni zapotrzebowania branży, a wszelkie niedobory uprawnień muszą być kupowane na aukcjach. Obecnie cena uprawnień do emisji sięga ok. 25 euro za tonę CO 2 .

Ciekawostka

Więcej o tym, na jakiej zasadzie działają i po co zostały wprowadzone limity emisyjne, przeczytasz chociażby tu:

https://ec.europa.eu/clima/policies/ets_pl

bg‑gray3

Ścieki, hałas, wydobycie surowców mineralnych

W kwestii współistnienia przemysłu cementowego ze środowiskiem wiąże się również problem ścieków, hałasu i eksploatacji surowców z kopalń odkrywkowych, co w istotny sposób wpływa na zdeformowanie naturalnego ukształtowania terenu.

Cykl produkcji cementu nie jest uciążliwy dla otoczenia w kontekście ścieków, ponieważ w procesie produkcyjnym nie powstają praktycznie żadne ścieki przemysłowe, które należałoby magazynować w osadnikach czy utylizować w uciążliwy sposób.

Cementownie zlokalizowane są zazwyczaj w znacznej odległości od terenów mieszkalnych. Problem hałasu dotyczy raczej warunków na stanowisku pracy, a nie otoczenia zakładu. Trudne jest jednak stosowanie metody strzałowej (z użyciem środków wybuchowych) do eksploatacji surowców mineralnych – wiąże się to bowiem z eksplozjami przenoszenia drgań.

RVBxGCq0gCbf3
Metoda strzałowa stosowana do eksploatacji surowców mineralnych może być problematyczna ze względu na hałas i przenoszenie drgań.
Źródło: Halen, licencja: CC BY-SA 3.0.

Eksploatacja surowców metodą kopalń odkrywkowych pozostawia trwałe zmiany w krajobrazie. Każdy z zakładów górniczych zobowiązany jest do rekultywacjirekultywacjarekultywacji terenu po okresie jego eksploatacji. Na ten cel zakłady gromadzą specjalne środki, aby po zakończeniu prac w odkrywce zrekultywować teren do stanu pozwalającego na jego dalsze zagospodarowanie. Następnie firmy przekazują teren do dyspozycji lokalnych władz i społeczności (np. sadząc las, tworząc akwen wodny).

RDxaHnbtMh5i6
Eksploatacja surowców metodą kopalń odkrywkowych pozostawia trwałe zmiany w krajobrazie.
Źródło: dostępny w internecie: www.pxhere.com, domena publiczna.
bg‑gray3

Zużycie energii

Wytwarzanie cementu jest procesem energochłonnym, dlatego dąży się do optymalnego wykorzystania pobranej i wytworzonej w procesach technologicznych energii. Wyprodukowanie 1 tony klinkieru w piecu cementowym wymaga dostarczenia ok 3,60 GJ ciepła, czyli spalenia ok. 138 kg węgla kamiennego.

Modernizacja procesu wytwarzania klinkieru, głównie w wyniku zmiany energochłonnej mokrej metody produkcji na energooszczędną suchą, pozwoliła na efektywniejsze wykorzystanie ciepła ze spalania paliw i obniżenie ilości ciepła na jednostkę produkcji. Przemysł cementowy obniża zużycie energii elektrycznej poprzez ulepszenie technik mielenia cementu, obudowy taśm transportowych czy wykorzystania gorących gazów do suszenia paliw alternatywnych lub zawracanie ciepła produkcyjnego do innych etapów (np. do suszenia surowca).

R1YO5G2xi4Kh6
Piec cementowy w Union Bridge
Źródło: Acroterion, licencja: CC BY-SA 3.0.
bg‑gray3

Wykorzystanie odpadów w przemyśle cementowym

Proces technologiczny wytwarzania cementu, a zwłaszcza wysokotemperaturowy proces wypalania klinkieru cementowego, stwarzają duże możliwości zagospodarowania odpadów przemysłowych (np. popioły lotne z energetyki, żużel wielkopiecowy, pył krzemionkowy, gips z odsiarczania spalin) jako substytutu surowców naturalnych, paliwa i klinkieru w cemencie.

Przemysł cementowy umożliwia wyeliminowanie w skali roku sporej ilości odpadów ze środowiska, poprzez dodanie ich do pieców podczas spieku. Stosowanie odpadów w procesie produkcyjnym zmniejsza zużycie energii na wydobycie i przetwarzanie surowców naturalnych oraz wpływa na zmniejszenie udziału klinkieru w cemencie (czyli to także oszczędność emisji CO 2 z rozkładu kamienia wapiennego).

Podstawowym paliwem do opalania pieców jest węgiel kamienny, ale w cementowniach coraz częściej stosuje się również tzw. paliwa alternatywnepaliwa alternatywnepaliwa alternatywne. Poprzez bezpieczne dla otoczenia spalanie paliw alternatywnych (np. opon, odpadów gumowych, olei, mączki kostnej, tworzyw sztucznych, łupków przywęglowych) w piecach cementowych odzyskujemy energię, a także prowadzimy do obniżenia emisji zanieczyszczeń w skali globalnej. Dodatkowo współspalanie paliw alternatywnych w cementowni oznacza, że odpady składające się na te paliwa nie zostaną spalone w innym miejscu, stając się dodatkowym źródłem emisji, albo nie zostaną złożone na składowisku.

Współspalanie odpadów jako paliw alternatywnych w zakładzie cementowym nie niesie zagrożeń, a wręcz przeciwnie, jest jedną ze sprawdzonych i nowoczesnych metod zagospodarowania odpadów, realizowaną od wielu lat w Europie i na świecie.

R8Ku8J729ya2E
Wykres kolumnowy. Udział ciepła z paliw alternatywnych. Lista elementów:
  • 1. zestaw danych:
    • Rok: 1990
    • Świat: 1.5; Podpis osi wartości: %
    • EU: 2; Podpis osi wartości: %
    • Polska: 0; Podpis osi wartości: %
  • 2. zestaw danych:
    • Rok: 2000
    • Świat: 6; Podpis osi wartości: %
    • EU: 9; Podpis osi wartości: %
    • Polska: 2; Podpis osi wartości: %
  • 3. zestaw danych:
    • Rok: 2005
    • Świat: 8; Podpis osi wartości: %
    • EU: 16; Podpis osi wartości: %
    • Polska: 14; Podpis osi wartości: %
  • 4. zestaw danych:
    • Rok: 2010
    • Świat: 12; Podpis osi wartości: %
    • EU: 31; Podpis osi wartości: %
    • Polska: 39; Podpis osi wartości: %
  • 5. zestaw danych:
    • Rok: 2014
    • Świat: 15; Podpis osi wartości: %
    • EU: 39; Podpis osi wartości: %
    • Polska: 52; Podpis osi wartości: %
  • 6. zestaw danych:
    • Rok: 2015
    • Świat: 16; Podpis osi wartości: %
    • EU: 43; Podpis osi wartości: %
    • Polska: 58; Podpis osi wartości: %
  • 7. zestaw danych:
    • Rok: 2016
    • Świat: ; Podpis osi wartości: %
    • EU: 44; Podpis osi wartości: %
    • Polska: 60; Podpis osi wartości: %
  • 8. zestaw danych:
    • Rok: 2017
    • Świat: ; Podpis osi wartości: %
    • EU: 46; Podpis osi wartości: %
    • Polska: 64; Podpis osi wartości: %
  • 9. zestaw danych:
    • Rok: 2018
    • Świat: ; Podpis osi wartości: %
    • EU: 50; Podpis osi wartości: %
    • Polska: 70; Podpis osi wartości: %
Udział ciepła z paliw alternatywnych
Źródło: polskicement.pl.
R1XkF81enUQQb
Wykres pierścieniowy. Rodzaje paliw alternatywnych zużytych do produkcji cementu w 2017 r. w tys. ton.. Lista elementów:
  • RDF; Wartość: 1345,28; Udział procentowy: 84,88%
  • zużyte opony; Wartość: 87,74; Udział procentowy: 5,54%
  • tworzywa sztuczne; Wartość: 72,61; Udział procentowy: 4,58%
  • osady ściekowe; Wartość: 9,36; Udział procentowy: 0,59%
  • odpady z elektrowni; Wartość: 32,8; Udział procentowy: 2,07%
  • odpady z fizykochemicznej przeróbki odpadów; Wartość: 33,86; Udział procentowy: 2,14%
  • inne; Wartość: 3,25; Udział procentowy: 0,21%
Zużycie surowców wtórnych do produkcji klinkieru i cementu w 2017 r.
Źródło: polskicement.pl, dostępny w internecie: polskicement.pl.

Stosowanie odpadów to obniżenie kosztów produkcji oraz możliwości modyfikacji właściwości produkowanych cementów.

Oczywiście przemysł cementowy ma za zadanie przede wszystkim produkcję dobrej jakości cementu, o właściwościach ściśle określonych i regulowanych przez istniejące normy polskie i Unii Europejskiej. Stąd pewność, że w zakładach cementowych nie stosuje się odpadów (jako dodatków do cementu lub w postaci paliw alternatywnych), które mogłyby spowodować pogorszenie jego własności lub niekorzystnie wpływać na ciągłość pracy pieca cementowego.

R15QguXnJ7QtW
Wykres pierścieniowy. Zużycie surowców wtórnych do produkcji cementu i klinkieru w 2017 r. w tonach.. Lista elementów:
  • popioły lotne; Wartość: 1468396,7; Udział procentowy: 31,86%
  • inne; Wartość: 70883,3; Udział procentowy: 1,54%
  • gips odpadowy; Wartość: 628043,3; Udział procentowy: 13,63%
  • łupki powęglowe; Wartość: 203082,9; Udział procentowy: 4,41%
  • dodatki żelaznonośne; Wartość: 192749; Udział procentowy: 4,18%
  • żużel wielkopiecowy; Wartość: 2017394,3; Udział procentowy: 43,77%
  • popiołu fluidalne; Wartość: 28334,7; Udział procentowy: 0,61%
bg‑gray3

Produkty cementowe – „eko moce”

Beton może być z powodzeniem wykorzystywany do unieszkodliwiania substancji radioaktywnych. Wraz z klinkierem cementowym stanowią materiały, które skutecznie unieruchamiają metale ciężkie. Stopień immobilizacjiimmobilizacjaimmobilizacji metali ciężkich, cytowany w różnych źródłach literaturowych, jest bardzo wysoki i przekracza 99% – są więc praktycznie niewymywalne.

Za działanie przyjazne dla środowiska naturalnego należy uznać recykling betonu, czyli powtórne wykorzystywanie materiału ze starych konstrukcji betonowych do produkcji wartościowego kruszywa, które następnie może być stosowane do ponownej produkcji tego materiału.

Czy produkcja cementu ma wpływ na środowisko?

Tak, jednak w ostatnim czasie oddziaływanie zakładów cementowych zostało radykalnie zmniejszone, dzięki przeprowadzonym modernizacjom linii technologicznej. Emisja pyłów, z którą najczęściej kojarzył się obraz cementowni, została mocno ograniczona. Wyeliminowanie mokrej metody produkcji klinkieru cementowego przyniosło zmniejszenie zużycia energii cieplnej, a tym samym ilości emitowanych gazów odlotowych. Pozwoliło to w dużym stopniu ograniczyć emisję CO 2  o ok. 40% na jednostkę wypalanego klinkieru, w porównaniu do początku lat dziewięćdziesiątych.

Działalność przemysłu cementowego przynosi także korzyści środowisku naturalnemu. Do produkcji cementu zużywa się mniej więcej 4 mln ton odpadów rocznie, dzięki czemu są one eliminowane ze środowiska, a przy tym zachowuje się rezerwy surowców czy paliw kopalnych. Technologia produkcji cementu stwarza warunki bezodpadowej utylizacji odpadów przemysłowych i komunalnych. Cementownie, ze względu na wielkotonażową produkcję oraz duże możliwości wykorzystania odpadów jako zamiennika części surowca i paliwa w procesie wytwarzania cementu, są istotnym partnerem w bezpiecznej utylizacji odpadów produkcyjnych z innych przemysłów. Proces, który jeszcze niedawno należał do technologii szkodliwych dla środowiska, obecnie, w wyniku głębokiej modernizacji i wdrażaniu nowych innowacyjnych rozwiązań, nie tylko przestał być uciążliwy, ale spełnia bardzo ważną rolę w utylizacji uciążliwych odpadów dla środowiska.

Zgodnie z polityką klimatyczną Unii Europejskiej, przemysł cementowy, podobnie jak energetyczny, został zobowiązany do redukcji emisji CO 2 . Przeprowadzona w ostatnich latach restrukturyzacja krajowego przemysłu cementowego (np. likwidacja metody mokrej wytwarzania klinkieru) oraz zastosowanie nowych energooszczędnych technik wytwarzania cementu spowodowało, że uzyskano już znaczną redukcję dwutlenku węgla. Dalszą poprawę efektywności energetycznej oraz zmniejszenie emisji CO 2 można uzyskać poprzez:

  • obniżenie udziału klinkieru w cemencie;

  • poprawę wydajności pieców cementowych;

  • zwiększenie udziału w produkcji odnawialnych i alternatywnych źródeł energii;

  • odzyskiwanie energii cieplnej z procesów produkcyjnych i zastosowanie jej do produkcji energii elektrycznej – wykorzystywanej następnie w procesach technologicznych – a tym samym ograniczenie produkcji elektryczności i związanej z nią emisji CO 2 ;

  • nowe, niskoemisyjne techniki produkcji cementu.

Słownik

klinkier cementowy
klinkier cementowy

produkt w postaci grudek otrzymany przez wypalenie w temperaturze spiekania zmielonych i dokładnie wymieszanych surowców, dobranych w odpowiedniej proporcji; stosowany do produkcji cementu

handel emisjami CO 2
handel emisjami CO 2

rynkowa metoda ograniczania kosztów zewnętrznych, takich jak społeczne koszty zanieczyszczeń wody lub powietrza; opiera się na dobrowolnych lub ustawowych zezwoleniach/certyfikatach, uprawniających do emisji określonej ilości danej substancji, które mogą być kupowane i sprzedawane na zasadach rynkowych; wprowadzenie ograniczeń w rezultacie zwiększa motywację przedsiębiorstw do inwestowania w technologie mniej szkodliwe dla środowiska naturalnego

rekultywacja
rekultywacja

przywracanie wartości użytkowych lub przyrodniczych terenom zniszczonym przez działalność człowieka

paliwa alternatywne
paliwa alternatywne

wszystkie materiały i substancje, które mogą zostać wykorzystane jako paliwo inne, niż paliwa konwencjonalne (np. węgiel, ropa naftowa, uran)

immobilizacja
immobilizacja

zespół czynników i działań skutkujących ograniczeniem swobody poruszania się poszczególnych atomów, cząsteczek, a w konsekwencji całego materiału poprzez adsorpcję na powierzchni nośnika lub wewnątrz specyficznych struktur

ślad węglowy
ślad węglowy

ilość gazów cieplarnianych produkowanych bezpośrednio i pośrednio w wyniku określonej działalności człowieka, zazwyczaj wyrażana w tonach lub kilogramach tlenku węgla(IV) ( CO 2 )

Bibliografia

Cement i beton – niskoemisyjne materiały budowlane, online: http://www.swiatbetonu.pl/aktualnosci/stowarzyszenie‑producentow‑cementu‑cement‑i-beton‑niskoemisyjne‑materialy‑budowlane, dostęp: 05.02.2022.

Duda J., Kołosowski M., Malinowski P., Tomasiak J., Ekoinnowacyjne techniki utylizacji odpadów powęglowych, online: http://www.ptzp.org.pl/files/konferencje/kzz/artyk_pdf_2017/T1/t1_035.pdf dostęp: 05.02.2022.

Duda J., Kołosowski M., Tomasiak J., Ekologiczne i technologiczne uwarunkowania działalności innowacyjnej w przemyśle materiałów budowlanych, „Modern Management Review” 2017, t. 22, nr. 24, s. 7‑19., online: http://doi.prz.edu.pl/pl/pdf/zim/270, dostęp: 05.02.2022.

Gorzelak K., Praca doktorska. Uprawnienia do emisji jako przedmiot obrotu i zabezpieczeń, Uniwersytet Warszawski, online: https://depotuw.ceon.pl/bitstream/handle/item/971/UPRAWNIENIA%20DO%20EMISJI%20-%20PRACA%20DOKTORSKA%20%28wersja%20ostateczna%29.pdf?sequence=1, dostęp: 05.02.2022.

Uliasz‑Bocheńczyk A., Mokrzycki E., Emisja dwutlenku węgla w przemyśle cementowym, „Polityka Energetyczna” 2003, t. 6, s. 367‑375.  https://se.min‑pan.krakow.pl/publikacje/03_33auem_pe.pdf