Clinker: què és, impactes ambientals i alternatives

Component principal del ciment, la producció de clinker pot ser molt contaminant

clínquer

Heu sentit a parlar mai del clinker? Aquest nom pot no semblar familiar, però tingueu en compte que és molt més comú del que penseu. Edificis, cases, voreres, escenaris i, bàsicament, qualsevol obra civil es basen en el ciment com un dels seus materials bàsics... I el clinker és el principal component present en la composició del ciment.

El clinker és un material granular i rígid, com es pot veure a la imatge següent. En general, es pot dir que el clinker es considera una pols (farina) homogènia, feta de diferents matèries primeres mòltes i barrejades, que, sotmesa a temperatures extremadament elevades, es converteix en roca. El procés de producció d'aquestes substàncies està lluny de ser simple i pot provocar impactes ambientals considerables.

Procés de producció

El clinker o clinker de Portland, com també es coneix, s'obté de la crema de matèries primeres mòltes en un forn rotatiu a temperatures de fins a 1450 °C. La principal matèria primera per a la fabricació del clinker és la pedra calcària i, a més, també s'utilitzen argila i òxids de ferro i alumini, en menor mesura.

Així doncs, el primer pas és extreure i “refinar” aquestes matèries primeres. Les roques calcàries se sotmeten a un procés de trituració i trituració després de ser extretes, fins a obtenir una pols fina. A continuació, es realitza una mescla homogènia, amb totes les matèries primeres necessàries. Aquesta mescla també fa referència a una pols fina i s'anomena "farina" o "crua".

A continuació, aquest material s'introdueix en un forn rotatiu on s'escalfa a una temperatura de 1450 °C, moment en què es produeix la clinkerització.

Els combustibles que alimenten els forns són, en la majoria dels casos, de fonts no renovables, com el petroli i el carbó, la qual cosa contribueix negativament als riscos i impactes sobre el medi ambient. Entre els combustibles més utilitzats destaquen alguns sòlids, com el coc de petroli i la gasolina, i alguns gasosos, com el gas natural. Entre aquests, el coc de petroli és el principal combustible utilitzat per a la fabricació de clínquer, i això es deu al seu alt poder calorífic associat al seu baix cost d'adquisició. A més d'aquests combustibles tradicionals, residus i rebuigs industrials i de biomassa, també es poden utilitzar carbó vegetal i residus agrícoles per alimentar els forns.

Després de passar pel forn, aquest material es refreda bruscament per ràfegues d'aire per estabilitzar la seva estructura i recuperar la calor. Així és com es produeix el clinker, el material bàsic necessari per a la fabricació del ciment. Després d'aquest procés, el material obtingut (clinker) es barreja amb guix (guix) i altres addicions (com pedra calcària, puzolana o escòria) donant lloc a diferents tipus de ciment.

És important destacar que, durant les altes temperatures aconseguides a l'interior dels forns rotatius, es produeix la reacció química de calcinació de la pedra calcària. Aquest procés fa referència al moment en què la pedra calcària (CaCO3) es transforma en cal viva (CaO), alliberant grans quantitats de gas CO2.

Impactes ambientals

Per tant, es considera que el procés de fabricació del clínquer té un alt potencial contaminant, sent responsable d'importants impactes ambientals.

El procés, en conjunt, requereix un elevat consum d'energia, tant en forma d'energia tèrmica, mitjançant la combustió de combustibles per escalfar els forns rotatius, com en forma d'energia elèctrica, consumida en tot el procés industrial per moure màquines i fer encendre els forns. La major part d'aquest consum, però, està relacionat amb la despesa d'energia tèrmica durant l'ús dels combustibles.

Tot i que el procés de fabricació d'aquest material no produeix directament residus sòlids, ja que la cendra de la combustió de combustibles al forn rotatiu s'incorpora normalment al propi clínquer, hi ha una elevada emissió de contaminants gasosos i partícules durant tot el procés de fabricació del clínquer.

La combustió de combustibles en forns, majoritàriament de fonts no renovables, emet diferents gasos contaminants, com ara diòxid de carboni, òxid de sofre, òxid de nitrogen, monòxid de carboni, compostos de plom i partícules, tots ells contaminants.

I, a més d'aquesta font d'emissió coneguda, com s'ha informat anteriorment, la calcinació de roques calcàries també és un dels principals factors responsables de l'emissió de diòxid de carboni en el procés de fabricació del clínker, i en conseqüència del ciment, perquè per cada 1.000 kg de La calcita calcinada (CaCO3) genera 560 kg de CaO i 440 kg de CO2, segons un estudi. La reacció química de calcinació representa aproximadament la meitat de les emissions de CO2 d'aquest procés, mentre que el consum d'energia en forma de calor (combustible en combustió) representa la resta.

Per produir una tona de clinker, es calcula que la indústria del ciment emet entre 800 i 1.000 quilos de diòxid de carboni, inclòs el CO2 generat per la descomposició de la pedra calcària i la crema de combustibles fòssils per mantenir els forns en funcionament.

A més, durant la primera etapa d'extracció de matèries primeres també es poden produir impactes físics, com esllavissades en pedreres calcàries i erosions per vibracions produïdes al sòl. I l'extracció d'argila als rius pot aprofundir aquests cursos d'aigua, reduint la quantitat d'aigua als llits i alterant els hàbitats existents, fet que redueix la biodiversitat de diverses regions.

Al Brasil, a partir de dades de la Servei Geològic dels Estats Units (USGS - United States Geological Survey, en portuguès), i el Administració d'informació energètica dels EUA (EIA - US Energy Information Administration), s'estima que la fabricació de ciment és responsable de fins a un 7,7% de les emissions nacionals de CO2 generades per la combustió de combustibles fòssils, sent la producció de clínquer la principal font d'aquestes emissions.

Alternatives

Coprocessament

Una alternativa que busca minimitzar els impactes generats en aquest procés productiu és el coprocessament. El coprocessament va sorgir com una estratègia per millorar el rendiment econòmic (menor consum energètic) de la indústria del ciment. Aquesta tècnica consisteix a alimentar el forn rotatiu amb residus d'altres indústries, utilitzant cada cop menys combustibles fòssils i reduint també la producció de residus.

S'utilitzen materials prèviament seleccionats, que no són susceptibles de ser reciclats (és a dir, rebuigs), que tenen un alt poder calorífic i que s'han d'eliminar totalment. Segons algunes empreses nacionals, en aquest procés no es generen efluents líquids ni sòlids, ja que les cendres que abans s'enviarien als abocadors s'incorporen ara al clínquer sense modificar-ne les prioritats.

Així, es poden coprocessar diversos materials, com ara pneumàtics, greixos, olis usats, serradures, residus vegetals, sòls contaminats i envasos. No s'utilitzen hospitals, domèstics, radioactius, explosius i pesticides. Concretament sobre pneumàtics i closques d'arròs, els investigadors Miguel Afonso Sellitto, Nelson Kadel Jr., Miriam Borchardt, Giancarlo Medeiros Pereira i Jeferson Domingues, d'Unisinos, van publicar un article a la revista Ambiente & Sociedade (llegiu l'article complet aquí) sobre la reutilització d'aquests materials en la producció de ciment;

És important destacar que el Consell Nacional del Medi Ambient (Conama) recomana que, per a la crema de residus en forns de clínquer, la fàbrica de ciment ha de disposar de totes les condicions tècniques i ambientals per complir amb les normes d'emissió exigides. En aquest sentit, ha de disposar de: línia de producció moderna, procés de fabricació estable, regulat i optimitzat; dispositius altament eficients per a la retenció de partícules i gasos de rentat generats en la combustió; i cremadors especialment dissenyats per a diferents tipus de combustibles.

Canvi en la formulació del clinker

Una altra alternativa trobada per ajudar a reduir les emissions de CO2 durant la producció de clínker seria crear una nova "recepta" de clínker. Per tal que es gasti menys CO2 durant la seva composició, les indústries del ciment han començat a substituir part d'aquest material per escòries d'alt forn –residus de la indústria siderúrgica– i també per cendres volants –residus de centrals termoelèctriques de carbó.

El problema més gran relacionat amb aquesta alternativa és el fet que la indústria siderúrgica –també molt emissora de CO2– i la generació de cendres volants no creixen a la mateixa velocitat que les cimenteres, la qual cosa fa inviable les estratègies a llarg termini.

A causa d'aquesta limitació, la indústria del ciment també utilitza des de fa algunes dècades un altre material que és candidat a substituir parcialment el clinker en la seva formulació: la pols de pedra calcària o 'farciment de pedra calcària crua'. El farciment és una matèria primera que no requereix tractament tèrmic (calcinació), un procés que requereix un alt consum d'energia i és responsable de la majoria de les emissions de CO2 a les indústries del ciment.

captura de diòxid de carboni

Les tècniques de captura i emmagatzematge de carboni són extremadament importants per reduir les emissions d'aquest gas d'efecte hivernacle a l'atmosfera. Aquestes tècniques utilitzen mecanismes fisicoquímics per separar aquest contaminant i altres tècniques de compressió per emmagatzemar geològicament el diòxid de carboni emès per fonts fixes, com el forn de clínquer utilitzat en la producció de ciment.

En aquest marc, el diòxid de carboni s'ha de captar i emmagatzemar abans de ser emès a l'atmosfera. Per a això, les indústries haurien d'invertir en noves tecnologies i adequació de les seves plantes, la qual cosa exigiria una gran inversió, amb el consegüent augment del preu del producte final.