Cement – den store klimasynder

Cementfabrikationen er for længst udnævnt til at være en af de store klimasyndere. Cementfabrikkerne tegner sig på globalt plan for ca. 7% af vores samlede CO₂-udledninger, og derfor er det naturligt, at mange taler for drastiske indgreb.

I værste fald tales der om, at cement må helt opgives og erstattes af ”klimavenlige” byggematerialer, f.eks. træ. Det er naturligvis helt urealistisk, hvordan skulle man f.eks. kunne bygge en Storebæltsbro af træ? Et seriøst alternativ til beton ville være stål, men det ville resultere i endnu større udslip af CO₂.

Formålet med denne artikel er at bibringe en dybere forståelse for cementen, dens fremstilling og dens betydning. Der tales meget om ”grøn” eller sågar ”CO₂-fri” cement og begge dele er mere ønsketænkning end realiteter.

Cement

Men lad os starte ved begyndelsen. Cement er et gråt pulver, som i sig selv er totalt ubrugeligt. Det skal blandes med vand, og så tilsætter man grus, sten eller andre materialer, hvorved man får en betonblanding. Den er flydende i et kortere stykke tid og kan derfor hældes i en støbeform. Når man efterlader den der, går der ikke mere end ca. en time, så hærder cementen, og den flydende blanding bliver hård som en sten. Der går dog typisk 2-3 døgn før, den når op i nærheden af sin maksimale styrke og hårdhed, men derefter har man også et næsten uforgængeligt materiale.

Hærdningen sker netop ved at cementpulveret reagerer med vandet og danner faste stoffer. Denne proces foregår uden medvirken af luftens ilt, og beton kan således også hærde under vand.

Råvarerne til cement er ganske billige. Hovedingrediensen er kalksten (i Danmark kridt) og hertil skal tilsættes mindre mængder ler + evt. salt og peber i form af f.eks. sand eller jernmalm. Kalksten består i det væsentligste af calciumkarbonat, CaCO₃, og nu kan vi begynde at se, hvorfor cement er så slem i klimasammenhænge. Kalkstenen skal brændes, og derved uddriver man CO₂ og ender med brændt kalk, CaO. Så uden at vi overhovedet har tænkt på brændstoffet i vores cementproduktion, har vi allerede udledt en masse CO₂, måske 400 kg pr. ton cement, vi fremstiller.

Brændstoffet er det næste problem. Cementovne skal have en meget høj temperatur, 1450 grader eller mere, og det kan kun opnås ved afbrænding af kul, olie eller naturgas. Denne afbrænding vil naturligvis medføre yderligere udledninger af CO₂, mindst fra gas og mest fra kul. De 400 kg/ton cement vil således stige med yderligere 200-400 kg.

Ved siden af energiforbruget fra fossile brændstoffer bruger cementfabrikker også store mængder af elektricitet. Hertil kræves en meget pålidelig og stabil forsyning. For at belyse dette behov nærmere, følger her en kort gennemgang af processerne på cementfabrikken, se fig. 1.

Cementfabrikken

Cementfabrikken er ofte bygget i nærheden af dens primære råvarer, dvs. bruddet hvorfra kalkstenen hentes. Kalkstenen og leren brydes, knuses og lægges derefter på mellemlagre. Knusningen foregår i store maskiner, der er elektrisk drevet. Motorerne kan være en megawatt eller mere.

Fra mellemlagrene køres de knuste råmaterialer op i fødebeholdere og herfra doseres den nøjagtige blanding, der skal sikre cement af den ønskede kvalitet. Blandingen fødes ind i en mølle (råmøllen), hvor den formales til fint pulver, den såkaldte råmel, og herfra transporteres op i en silo. Et mølleri består af mange maskiner, se fig. 2. De er alle elektrisk drevne, og f.eks. møllemotoren kan have en effekt på flere megawatt.

Hjertet i cementfabrikken er ovnen (se fig. 3), som er et langt skråtstillet stålrør, der roterer langsomt om sin akse. Røret kan let være 100 m langt og 4-6 m i diameter. Indvendigt er det foret med ildfaste sten. I udløbsenden er brænderen placeret, her tilføres processen den varme, der skal til. I indløbsenden er der et højt tårn med de såkaldte cykloner, tårnet kaldes forvarmeren. Råmelen fødes ind i toppen af tårnet og i cyklonerne varmes den op af den hede gasstrøm fra ovnen. I tårnet kan der også være en brænder, der tilfører yderligere energi, specielt for at drive CO₂ ud af kalken. Det varme materiale ender nede i ovnen, hvor det langsomt transporteres gennem denne, og undervejs nås den såkaldte brændezone, hvor temperaturen er allerhøjest. Materialet vil nu ofte trille op til kugler, de såkaldte klinker, og de falder derefter ned i en køler, hvor de afkøles til en håndterbar temperatur. Kølingen sker ved gennemblæsning med luft, og den derved opvarmede luft bruges i forbrændingen.

Hele processen er meget kompliceret, og alle elementer skal køre i fuldstændig balance, indfødningen af råmel skal matche tilsætningen af brændstof og strømmen af luft igennem ovn og forvarmer-tårnet. Der er flere 100 maskiner, alle elektriske, og de skal alle køre fuldstændigt stabilt.

En moderne cementovn vil producere mellem 3000 og 10.000 tons klinker pr. døgn. Brændstoffet kan være olie eller gas, der kan bruges, som det er. Kul bruges også i stort omfang, men det kræver et ekstra mølleri, hvor kullet formales til mel. Cementovne kan også bruge mindre mængder af f.eks. brændbart affald.

Klinkerne lægges på lager, og herfra transporteres de over i cementmølleriet, hvor vi har en mølle, der kan ligne råmøllen meget, men som regel har større motorkraft. I cementmøllen blandes klinkerne med mindre mængder af gips og eventuelt de såkaldte tilslagsmaterialer, der kan være kalksten, flyveaske (fra kulfyrede kraftværker) eller andre typer sten. Den færdige cement føres op i siloer, hvorfra den kan pakkes i sække eller køres bort i løs vægt på lastbiler.

Gennem tiderne er der ofret meget store kræfter på at minimere energiforbruget i cementproduktionen, og man er efterhånden meget tæt på det teoretisk optimale. Der er dog stadigvæk tale om et kolossalt forbrug af brændstoffer og elektricitet. Men der er ingen grund til at tro, at vi f.eks. kunne reducere energiforbruget til det halve.

Cement og klimaet

Der er mange strøtanker på bordet om, hvordan man kunne reducere klimabelastningen fra cement. Som nævnt er der folk, der mener, at vi er nødt til at erstatte beton med andre byggematerialer, men i realiteten ville det føre til en forarmelse af Verden. Intet materiale matcher betonen i styrke, holdbarhed og prisbillighed. Der forsøges nu med højhuse bygget af træ, men i praksis er det kun legetøj for velhavere, lidt lige som elbiler. Skulle vi massivt erstatte al beton med  træ, ville vi hurtigt få has på alle Verdens skove. Træ kan heller aldrig måle sig med betonens styrke og holdbarhed, f.eks. til bro- eller vejbygning.

Vi må derfor kaste os over selve cementfremstillingen, og her er der megen fokus på brug af vedvarende energi, sol, vind og biomasse. Solceller og vindmøller kan i teorien dække fabrikkens elektricitetsbehov, men vi kommer lynhurtigt i vanskeligheder med disse kilders svingende karakter. Strømforsyningen til en cementfabrik skal som nævnt være 100 % stabil og det skal være over lange perioder, uger eller helst måneder. Stop og start af en cementovn er helst noget, man vil undgå, og på velkørende fabrikker kan ovnen køre i ugevis uden stop. Specielt ufrivillige stop som følge af pludselige strømafbrydelser kan være meget skadelige for udstyret, ikke mindst den ildfaste foring i ovnen. En strømforsyning baseret på vedvarende energi må derfor have backup, så den er 100 % stabil. Her kunne man bruge et biomassefyret kraftværk.

Biomassen er til gengæld mindre egnet som brændstof til cementproduktionen, da det vil knibe med at nå tilstrækkeligt høje temperaturer f.eks. med træflis. En mere lovende vej ville være at bruge biogas, den fungerer i oprenset tilstand lige så godt som naturgas, der er fremragende til cementproduktion. Imidlertid er biogas et nicheprodukt, og det er tidligere blevet beregnet, at hvis f.eks. Aalborg Portland skulle konverteres til biogas, ville den sluge hele Danmarks nuværende produktion.

I en fjernere fremtid kunne man naturligvis drømme om at fyre med brint eller Power to X fremstillet elektrisk fra solceller eller vindmøller. Det bliver en dyr løsning, og brint er vanskelig at håndtere i de kolossale mængder som en cementfabrik vil kræve. Der skal bruges meget store lagertanke med et meget højt tryk, eller også skal man have en ultrastabil forsyning udefra. Og samtidigt skal man gardere sig mod eksplosioner inde på fabrikken, hvor der er høje temperaturer mange steder.

Der er arbejdet på en elektrisk cementovn, men det virker forholdsvis usandsynligt, at den nogensinde kan nå et kommercielt stade, høje temperaturer opnås nu engang ulige meget lettere ved at brænde noget af. De store cementselskaber viser dog interesse for sagen, men formentligt primært som et udslag af den omsiggribende grønvaskning af erhvervslivet.

Der kigges naturligvis også på råvarerne, kunne man undgå noget af den karbonatholdige kalksten? Kun i begrænset omfang. Kalk er et meget billigt råmateriale og hovedkilden til calcium i cementen. Man er afhængig af et passende forhold mellem calcium, silicium, aluminium og jern for at få en cement, der giver betonen tilstrækkelig styrke (jern findes dog ikke i hvid cement).

Som nævnt ovenfor kan man dog spare lidt på de dyre klinker ved at tilsætte materialer til cementen inden den færdige formaling. Flyveaske fra kulfyrede kraftværker er her eminent, fordi det faktisk giver et vist bidrag til betonens styrke. Det samme gælder vulkanske bjergarter, den såkaldte pozzolan. Men ellers tilsætter man f.eks. kalksten i et vist omfang, den vil medføre en nedgang i betonens styrke, men hvis cementklinkerne er af god kvalitet, kan man stadigvæk godt holde standardspecifikationen for cementen og dermed den færdigstøbte beton.

Der er jo et sikkerhedsaspekt her, bygherren og entreprenøren skal kunne stole på, at betonen lever op til standarden, så der ikke er risiko for kollaps af konstruktionen efterfølgende.

Her bliver klimasagen lidt uhyggelig, fordi det i ramme alvor foreslås, at man begynder at gå på kompromis med standarderne og nøjes med dårligere beton. Det går jo nok – som man siger, der er rigeligt med sikkerhed i specifikationerne. Ja, lige indtil det går galt. 

Alt i alt er perspektiverne med hensyn til CO₂-reduktioner ikke store, som det fremgår af fig. 4. Den store nedgang i CO₂-udslip opnås ved en uspecificeret teknisk udvikling, der dog viser sig i praksis primært at bestå af CO₂-fangst og lagring.

Ideen er nærliggende, da røggassen fra cementproduktion har et højt indhold af CO₂, dels fra brændstoffet, dels fra kalken. Desværre indeholder røgen også en del støv, og selvom man har gode luftfiltre installeret, kan det ikke undgås, at der vil komme støv ind i CO₂-opsamlingen. Det skal den kunne håndtere på passende vis.

Cementindustrien vil også i fremtiden står for en stor udsendelse af CO₂. Det kan man begræde, hvis man lider af klimaangst, eller glæde sig over, da det er tegn på, at et billigt og fremragende byggemateriale er tilgængeligt i rigelige mængder til glæde for Verdens samfund.