Componente principal del cemento, la producción de clinker puede ser muy contaminante.
¿Has oído hablar del clinker? Puede que este nombre no te suene, pero ten en cuenta que es mucho más común de lo que crees. Edificios, viviendas, aceras, escenarios y, básicamente, cualquier obra civil, cuentan con el cemento como uno de sus materiales básicos ... Y el clínker es el principal componente presente en la composición del cemento.
El clínker es un material granular y rígido, como se puede ver en la imagen de abajo. En general, se puede decir que el clínker se considera un polvo (harina) homogéneo, de diferentes materias primas molidas y mezcladas que, sometido a temperaturas extremadamente altas, se convierte en roca. El proceso de producción de estas sustancias está lejos de ser sencillo y puede causar considerables impactos ambientales.
Proceso de producción
El clínker Portland o clínker Portland, como también se le conoce, se obtiene de la quema de materias primas molidas en un horno rotatorio a temperaturas de hasta 1450 ° C. La principal materia prima para la elaboración del clínker es la piedra caliza y, además, también se utilizan en menor medida arcilla y óxidos de hierro y aluminio.
Entonces, el primer paso es extraer y "refinar" estas materias primas. Las rocas calizas se someten a un proceso de trituración y trituración después de ser extraídas, hasta obtener un polvo fino. Luego, se realiza una mezcla homogénea, con todas las materias primas necesarias. Esta mezcla también se refiere a un polvo fino y se llama "harina" o "cruda".
Este material se introduce luego en un horno rotatorio donde se calienta a una temperatura de 1450 ° C, momento en el que se produce el clínker.
Los combustibles que alimentan los hornos son, en la mayoría de los casos, de fuentes no renovables, como el petróleo y el carbón, lo que contribuye negativamente a los riesgos e impactos sobre el medio ambiente. Entre los combustibles más utilizados destacan algunos sólidos, como el coque de petróleo y la gasolina, y algunos gaseosos, como el gas natural. Entre estos, el coque de petróleo es el principal combustible utilizado para la fabricación de clínker, y esto se debe a su alto poder calorífico asociado a su bajo costo de adquisición. Además de estos combustibles tradicionales, los residuos y desechos industriales y de biomasa, el carbón vegetal y los residuos agrícolas también se pueden utilizar para alimentar los hornos.
Después de pasar por el horno, este material es enfriado bruscamente por ráfagas de aire para estabilizar su estructura y recuperar calor. Así se produce el clinker, material básico necesario para la fabricación del cemento. Tras este proceso, el material obtenido (clínker) se mezcla con yeso (yeso) y otros añadidos (como caliza, puzolana o escoria) dando lugar a los diferentes tipos de cemento.
Es importante destacar que, durante las altas temperaturas que se alcanzan en el interior de los hornos rotatorios, se produce la reacción química de calcinación por encalado. Este proceso hace referencia al momento en que la piedra caliza (CaCO3) se transforma en cal virgen (CaO), liberando grandes cantidades de gas CO2.
Impactos ambientales
Por tanto, se considera que el proceso de fabricación de clínker tiene un alto potencial contaminante y es responsable de importantes impactos ambientales.
El proceso, en su conjunto, requiere un elevado consumo de energía, tanto en forma de energía térmica, mediante la quema de combustibles para calentar hornos rotativos, como en forma de energía eléctrica, consumida en todo el proceso industrial para mover máquinas y fabricar girar los hornos. La mayor parte de este consumo, sin embargo, se refiere al gasto de energía térmica durante el uso de combustibles.
Aunque el proceso de fabricación de este material no produce directamente residuos sólidos, dado que la ceniza de la quema de combustibles en el horno rotatorio normalmente se incorpora al propio clínker, existe una alta emisión de contaminantes gaseosos y material particulado durante toda la fabricación del clínker.
La quema de combustibles en los hornos, en su mayoría de fuentes no renovables, emite diferentes gases contaminantes, como dióxido de carbono, óxido de azufre, óxido de nitrógeno, monóxido de carbono, compuestos de plomo y material particulado, todos ellos contaminantes.
Y, además de esta conocida fuente de emisión, como se informó anteriormente, la calcinación de la piedra caliza es también uno de los principales factores responsables de la emisión de dióxido de carbono en el proceso de fabricación del clínker, y en consecuencia de cemento, ya que por cada 1.000 kg de La calcita calcinada (CaCO3) genera 560 kg de CaO y 440 kg de CO2, según un estudio. La reacción de calcinación química es responsable de aproximadamente la mitad de las emisiones de CO2 en este proceso, mientras que el consumo de energía en forma de calor (quema de combustibles) representa el resto.
Para producir una tonelada de clínker, se estima que la industria cementera emite entre 800 y 1.000 kilogramos de dióxido de carbono, incluido el CO2 generado por la descomposición de la piedra caliza y la quema de combustibles fósiles para mantener los hornos en funcionamiento.
Además, durante la primera etapa de extracción de materias primas, también pueden ocurrir impactos físicos, como deslizamientos de tierra en canteras de piedra caliza y erosiones por vibraciones producidas en el suelo. Y la extracción de arcilla en los ríos puede provocar la profundización de estos cursos de agua, reduciendo la cantidad de agua en los lechos y alterando los hábitats allí, lo que disminuye la biodiversidad de varias regiones.
En Brasil, con base en datos del Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS - Servicio Geológico de los Estados Unidos, en portugués), y la Administración de Información Energética de los Estados Unidos (EIA - Administración de Información Energética de los Estados Unidos), se estima que la manufactura el cemento es responsable de hasta el 7,7% de las emisiones nacionales de CO2 generadas por la quema de combustibles fósiles, siendo la producción de clínker la principal fuente de estas emisiones.
Alternativas
Coprocesamiento
Una alternativa que busca minimizar los impactos generados en este proceso productivo es el coprocesamiento. El coprocesamiento surgió como una estrategia para mejorar el desempeño económico (menor consumo de energía) de la industria cementera. Esta técnica consiste en alimentar el horno rotatorio con residuos de otras industrias, utilizando cada vez menos combustibles fósiles y también reduciendo la producción de residuos.
Se utilizan materiales previamente seleccionados, que no son susceptibles de ser reciclados (es decir, residuos), que tienen un alto poder calorífico y que deben eliminarse totalmente. Según algunas empresas nacionales, en este proceso no hay generación de efluentes líquidos o sólidos, ya que las cenizas que antes se enviarían a vertederos ahora se incorporan al clinker sin cambiar sus prioridades.
Así, se pueden coprocesar varios materiales, como neumáticos, grasas, aceites usados, aserrín, restos vegetales, tierra contaminada y envases. No se utilizan residuos hospitalarios, domésticos, radiactivos, explosivos y pesticidas. Específicamente en neumáticos y cascarilla de arroz, los investigadores Miguel Afonso Sellitto, Nelson Kadel Jr., Miriam Borchardt, Giancarlo Medeiros Pereira y Jeferson Domingues, de Unisinos, publicaron un artículo en la revista Ambiente & Sociedade (lea el artículo completo aquí) sobre la reutilización de estos materiales en la producción de cemento;
Es importante resaltar que el Consejo Nacional del Ambiente (Conama) recomienda que, para la quema de residuos en hornos de clínker, la planta cementera debe presentar todas las condiciones técnicas y ambientales para cumplir con los estándares de emisión requeridos. En este sentido, debe contar con: una línea de producción moderna, un proceso de fabricación estable, regulado y optimizado; dispositivos de alta eficiencia para la retención de partículas y para el lavado de gases generados en la combustión; y quemadores especialmente diseñados para diferentes tipos de combustibles.
Cambio en la formulación del clínker
Otra alternativa encontrada para ayudar a reducir las emisiones de CO2 durante la producción de clínker sería crear una nueva “receta” de clínker. Con el fin de reducir el consumo de CO2 durante su composición, las industrias cementeras comenzaron a reemplazar parte de este material por escoria de alto horno - residuo de la siderurgia - y, también, con cenizas volantes - residuo de centrales térmicas de carbón.
El mayor problema relacionado con esta alternativa es el hecho de que la industria siderúrgica -también altamente emisora de CO2- y la generación de cenizas volantes no crecen a la misma velocidad que las cementeras, lo que hace inviables las estrategias a largo plazo.
Debido a esta limitación, la industria del cemento también ha estado utilizando otro material candidato para reemplazar parcialmente el clínker en su formulación durante algunas décadas: polvo de piedra caliza o 'relleno de piedra caliza en bruto'. El relleno es una materia prima que no requiere tratamiento térmico (calcinación), un proceso que exige un alto consumo de energía y es responsable de la mayoría de las emisiones de CO2 de las industrias cementeras.
Captura de dióxido de carbono
Las técnicas de captura y almacenamiento de carbono son extremadamente importantes para reducir las emisiones de este gas de efecto invernadero a la atmósfera. Estas técnicas utilizan mecanismos físico-químicos para separar este contaminante y otras técnicas de compresión para almacenar geológicamente el dióxido de carbono emitido por fuentes fijas, como el horno de clínker, utilizado en la producción de cemento.
En este contexto, el dióxido de carbono debe capturarse y almacenarse antes de ser liberado a la atmósfera. Para ello, las industrias tendrían que invertir en nuevas tecnologías y adecuación de sus plantas, lo que requeriría una gran inversión, con el consecuente incremento en el producto final.
