Résoudre le problème du carbone massif du ciment

De nouvelles techniques et de nouveaux ingrédients peuvent réduire considérablement les immenses émissions de carbone liées à la production de ciment et de béton.

Le béton est partout : dans les bâtiments, les routes, les trottoirs, les ponts et les fondations de presque toutes les structures imaginables. Nous produisons plus de béton que n’importe quel autre matériau sur Terre, et ce volume augmente en raison du développement mondial, notamment en Chine et en Inde. Le ciment, le liant pulvérulent qui maintient ensemble le sable ou la pierre concassée dans le béton, est l'un des produits les plus énergivores de la planète. Le calcaire utilisé est cuit jusqu'à 1 450 degrés Celsius (2 640 degrés Fahrenheit) dans d'énormes fours alimentés presque exclusivement avec des combustibles fossiles. Les réactions chimiques impliquées produisent encore plus de dioxyde de carbone comme sous-produit. La fabrication d’un kilogramme de ciment envoie un kilogramme de CO2 dans l’atmosphère. Chaque année dans le monde, la production de ciment et de béton génère jusqu'à 9 % de toutes les émissions humaines de CO2.

Les sociétés fabriquent du ciment et du béton à peu près de la même manière depuis un siècle. Des essais ont montré qu'une partie du ciment contenu dans un mélange peut être remplacée par de l'argile calcinée (brûlée) ou par des ingrédients fabriqués à partir de déchets tels que des cendres volantes et des scories, sans perte de résistance mais avec moins d'émissions. L’offre n’est pas suffisante pour répondre à la demande, mais de telles alternatives peuvent réduire les émissions de CO2 dans une certaine mesure.

D’autres matériaux et procédés alternatifs peuvent réduire considérablement les émissions. Certains se propagent déjà ; d'autres sont expérimentaux. Étant donné que la plupart du ciment et du béton sont fabriqués localement ou régionalement, à proximité de l'endroit où ils sont utilisés, la disponibilité de matériaux de substitution, les normes de construction révisées pour permettre leur utilisation, les coûts d'investissement pour le réoutillage et l'acceptation par le marché sont autant de défis pratiques.

La fabrication du ciment consomme de grandes quantités d’énergie, dont une grande partie provient de combustibles fossiles émetteurs de CO2. Certaines étapes émettent également directement du CO2, notamment la création de chaux (étape 3) puis de clinker, un agent durcisseur (étape 4). Remplacer les combustibles fossiles par des sources d’énergie renouvelables et accroître l’efficacité de la production pourrait réduire l’empreinte carbone jusqu’à 40 %. L’utilisation de différentes matières premières pour la fabrication du clinker pourrait réduire considérablement les 60 % restants des émissions de carbone. (Le procédé présenté concerne les fours dits secs ; ils ont largement remplacé les fours humides, qui consomment encore plus d'énergie.)

1. Extraire et broyer du calcaire

Comment ça fonctionne: Les gisements contenant du carbonate de calcium, comme le calcaire ou la craie, sont extraits de carrières, qui peuvent contenir de petites quantités d'argile contenant du silicium, de l'aluminium ou du fer. Les ingrédients sont broyés en morceaux de moins de 10 centimètres puis broyés en une poudre appelée farine crue.

Possibilité d'amélioration :Commencez avec du basalte au lieu du calcaire ou utilisez du « calcaire à carbone négatif » produit avec des déchets de CO2 (étape 2), réduisant ainsi les émissions jusqu'à 60 à 70 %.

2. Préchauffer le repas cru...

Comment ça fonctionne:La farine crue dans une chambre au-dessus d'un four est chauffée à des températures pouvant atteindre 700 degrés Celsius par les gaz d'échappement chauds et tourbillonnants du four, chassant ainsi l'humidité.

Possibilité d'amélioration : Brûlez de l'air riche en oxygène pour réduire les émissions de CO2. Ajoutez des équipements pour capter le CO2, ce qui pourrait réduire les émissions jusqu'à 60 %. Utilisez les déchets de CO2 pour fabriquer du calcaire à carbone négatif (étape 1). Brûlez de la biomasse ou des déchets pour chauffer le four au lieu de combustibles fossiles.

3. ... et convertissez le repas en citron vert

Comment ça fonctionne: La farine préchauffée est brûlée dans une chambre de combustion immédiatement au-dessus et à l'intérieur du haut du four à une température de 750 à 900 degrés C, convertissant le carbonate de calcium en oxyde de calcium (chaux vive) et en CO2. Cette étape représente 60 à 70 pour cent du CO2 extrait des matières premières et consomme environ 65 pour cent de tout le carburant utilisé dans l’ensemble du processus de production de ciment.

Possibilité d'amélioration : Brûlez de l'air riche en oxygène pour réduire les émissions de CO2. Ajoutez des équipements pour capter le CO2. Utilisez un four électrique fonctionnant à l’énergie renouvelable, réduisant ainsi les émissions des étapes 2, 3 et 4 de 30 à 40 pour cent.