چالش­‌های موجود در صنعت سیمان

صنعت سیمان یکی از جدی‌ترین منابع مصرف سوخت و انتشار گازهای گلخانه‌ای می ­باشد. 5 درصد از سهم انتشار گازهای گلخانه­‌ای مربوط به این صنعت بوده و جزو بزرگترین منابع صنعتی انتشار گاز دی‌اکسیدکربن است. به همین دلیل کاهش انتشار دی‌اکسید‌کربن حاصل از فرآیند تولید سیمان، همیشه از موضوعات جذاب برای محققان دانشگاه­‌ها و صنعت بوده است. تلاش­‌های بسیاری جهت محدود کردن حجم بالای انتشار CO₂ ناشی از صنعت سیمان انجام شده است. اگرچه اکثر این استراتژی­‌ها از نظر تکنیکی کارایی دارد، به دلیل موانع مختلف، سطح کاهش گاز CO₂ ناشی از صنعت سیمان هنوز رضایت‌بخش نیست.

انباشتگی گازهای گلخانه‌­ای در جو موجب افزایش دمای جهانی (گرمایش جهانی) شده به‌طوری که تهدیدی جدی برای زندگی در کره زمین می­‌باشد. از زمان انقلاب صنعتی، در نتیجه توسعه صنعتی و احتراق سوخت­‌های فسیلی، میزان گازهای گلخانه‌­ای موجود در جو افزایش پیدا کرده است و پیش‌بینی می­‌شود در آینده با افزایش بیشتری روبه‌رو خواهد بود. در مقایسه با سال 1750 میلادی، غلظت دی‌اکسید‌کربن موجود در جو، از 280 به 410 PPMV افزایش پیدا کرده است و پیش‌بینی می‌شود این روند در دهه­‌های آینده ادامه داشته و در قرن حاضر منجر به افزایش دما تا 5.8 درجه سانتی­‌گراد گردد. در میان گازهای گلخانه­‌ای، دی‌اکسید‌کربن موثرترین گاز بوده و به عنوان عامل فوری پدیده گرمایش زمین شناخته می­‌شود. بنابراین اغلب تحقیقات و تلاش‌­ها در جهت کاهش دمای جهانی، بر روی محدود کردن انتشار گاز دی‌اکسید‌کربن از منابع مختلف آن متمرکز شده است و واحدهای صنعتی، منابع اصلی تولید گاز CO₂ می­‌باشند. در سال 2017 میلادی، مقدار 21/4 گیگاتن گاز CO₂ از واحد­های صنعتی آزاد شده است (آمارهای آژانس بین‌المللی انرژی) که تاثیر شگرف این واحد­های صنعتی را بر گرمایش زمین نشان می‌دهد. چهار صنعت شامل نیروگاه برق، تولید آهن و فولاد، ساخت سیمان و صنایع شیمی و پتروشیمی، به طور متوسط عامل 40 درصد از انتشار جهانی گاز دی‌اکسید‌کربن می‌­باشند و 10 کشور صنعتی جهان به‌تنهایی 70 درصد از گاز دی‌اکسیدکربن جهان را در سال 2018 منتشر کرده‌اند.

حجم زیادی از انتشار گاز CO₂ در بخش­‌های صنعتی، مربوط به احتراق مقدار انبوهی از سوخت فسیلی است. به‌عنوان مثال در سال 2019 میلادی، 554/4 کادریلیون انرژی (Btu)، از منابع انرژی گوناگون در صنایع گسترده مورداستفاده قرار گرفت و پیش‌بینی می­‌شود تا سال 2050 میلادی به 911 کادریلیون برسد (چشم انداز بین‌المللی انرژی). علاوه بر این بسیاری از فرآیندهای تولید، مثل تولید فولاد، سیمان و محلول آمونیاک، از نظر شیمیایی گاز CO₂ را به‌عنوان ضایعات تولید می‌کنند (فهرست پیش‌نویس آمریکا).

در نتیجه رشد جهانی تولید سیمان، انتشار گاز دی‌اکسیدکربن به‌سرعت افزایش پیدا کرده است. در سال 1990 میلادی تنها 576 میلیون تن گاز CO₂ از طریق صنعت تولید سیمان در جهان منتشر شده و در طول 24 سال میزان انتشار به بیش از سه برابر و به مقدار 2/083 میلیارد تن رسیده است. اگر روند فعلی افزایش گاز CO₂ بدون هیچ استراتژی عملی برای کاهش آن ادامه پیدا کند، پیش‌بینی می­‌شود میزان انتشار CO₂ از صنعت جهانی سیمان به 2/34 میلیارد تن در سال 2050 برسد.

 در صنعت تولید سیمان، گاز CO₂ از چهار منبع مختلف تولید می‌­شود. بیشترین سهم انتشار (حدود 50-60 درصد) مربوط به تجزیه سنگ‌آهک (CaCO3) برای تولید آهک (CaO) به‌عنوان ماده اصلی در فرمول سیمان است. 30 تا 40 درصد CO₂ از طریق احتراق سوخت­‌های فسیلی در واحد پیش فرآیند (پیش حرارت دهنده، کلسینه کننده، کوره) و مابقی آن نتیجه مصرف برق در آسیاب­‌ها و خنک‌کننده­‌های هوا می­‌باشد.