Clinker: qu'est-ce que c'est, impacts environnementaux et alternatives

Composant principal du ciment, la production de clinker peut être très polluante

Mâchefer

Avez-vous entendu parler du clinker? Ce nom peut ne pas sembler familier, mais sachez qu'il est beaucoup plus courant que vous ne le pensez. Les bâtiments, les maisons, les trottoirs, les scènes et, fondamentalement, tous les travaux de génie civil reposent sur le ciment comme l'un de ses matériaux de base ... Et le clinker est le principal composant présent dans la composition du ciment.

Le clinker est un matériau granulaire et rigide, comme on peut le voir sur l'image ci-dessous. En général, on peut dire que le clinker est considéré comme une poudre homogène (farine), de différentes matières premières broyées et mélangées qui, soumise à des températures extrêmement élevées, se transforme en roche. Le processus de production de ces substances est loin d'être simple et peut avoir des impacts environnementaux considérables.

Processus de production

Le clinker Portland ou clinker Portland, comme on l'appelle également, est obtenu à partir de la combustion de matières premières broyées dans un four rotatif à des températures allant jusqu'à 1450 ° C. La principale matière première pour la fabrication du clinker est le calcaire et, en plus de cela, l'argile et les oxydes de fer et d'aluminium sont également utilisés dans une moindre mesure.

La première étape consiste donc à extraire et «raffiner» ces matières premières. Les roches calcaires subissent un processus de concassage et de concassage après avoir été extraites, jusqu'à l'obtention d'une poudre fine. Ensuite, un mélange homogène est réalisé, avec toutes les matières premières nécessaires. Ce mélange se réfère également à une poudre fine et est appelé «farine» ou «cru».

Ce matériau est ensuite introduit dans un four rotatif où il est chauffé à une température de 1450 ° C, moment auquel le clinker apparaît.

Les combustibles qui alimentent les fours proviennent, dans la plupart des cas, de sources non renouvelables, comme le pétrole et le charbon, ce qui contribue négativement aux risques et aux impacts sur l'environnement. Parmi les carburants les plus utilisés, certains solides se démarquent, comme le coke de pétrole et l'essence, et certains gazeux, comme le gaz naturel. Parmi ceux-ci, le coke de pétrole est le principal combustible utilisé pour fabriquer le clinker, et ceci est dû à sa valeur calorifique élevée associée à son faible coût d'acquisition. En plus de ces combustibles traditionnels, des résidus et déchets industriels et de la biomasse, du charbon de bois et des résidus agricoles peuvent également être utilisés pour alimenter les fours.

Après avoir traversé le four, ce matériau est brusquement refroidi par des rafales d'air pour stabiliser sa structure et récupérer de la chaleur. C'est ainsi que se produit le clinker, matériau de base nécessaire à la fabrication du ciment. A l'issue de ce procédé, le matériau obtenu (clinker) est mélangé avec du plâtre (gypse) et d'autres additions (comme le calcaire, la pouzzolane ou le laitier) donnant naissance aux différents types de ciment.

Il est important de souligner que, lors des températures élevées atteintes à l'intérieur des fours rotatifs, se produit la réaction chimique de calcination du calcaire. Ce processus fait référence au moment où la roche calcaire (CaCO3) est transformée en chaux vierge (CaO), libérant de grandes quantités de gaz CO2.

Impacts environnementaux

Par conséquent, le procédé de fabrication du clinker est considéré comme ayant un fort potentiel polluant et est responsable d'impacts environnementaux importants.

Le processus, dans son ensemble, nécessite une consommation d'énergie élevée, à la fois sous forme d'énergie thermique, en brûlant des combustibles pour chauffer des fours rotatifs, et sous forme d'énergie électrique, consommée dans l'ensemble du processus industriel pour déplacer les machines et fabriquer faites tourner les fours. La majeure partie de cette consommation concerne cependant la dépense d'énergie thermique lors de l'utilisation de combustibles.

Bien que le processus de fabrication de ce matériau ne produise pas directement de déchets solides, comme les cendres provenant de la combustion des combustibles dans le four rotatif sont normalement incorporées dans le clinker lui-même, il y a une forte émission de polluants gazeux et de particules tout au long de la fabrication du clinker.

La combustion de combustibles dans les fours, principalement de sources non renouvelables, émet différents gaz polluants, tels que le dioxyde de carbone, l'oxyde de soufre, l'oxyde d'azote, le monoxyde de carbone, les composés du plomb et les particules, qui sont tous les polluants.

Et, en plus de cette source d'émission connue, comme indiqué précédemment, la calcination du calcaire est également l'un des principaux facteurs responsables de l'émission de dioxyde de carbone dans le processus de fabrication du clinker, et par conséquent du ciment, puisque pour 1000 kg de la calcite calcinée (CaCO3) génère 560 kg de CaO et 440 kg de CO2, selon une étude. La réaction de calcination chimique est responsable d'environ la moitié des émissions de CO2 dans ce processus, tandis que la consommation d'énergie sous forme de chaleur (combustion de combustibles) représente le reste.

Afin de produire une tonne de clinker, on estime que l'industrie du ciment émet entre 800 et 1000 kilogrammes de dioxyde de carbone, y compris le CO2 généré par la décomposition du calcaire et la combustion de combustibles fossiles pour faire fonctionner les fours.

De plus, lors de la première étape d'extraction des matières premières, des impacts physiques peuvent également se produire, tels que des glissements de terrain dans les carrières de calcaire et des érosions dues aux vibrations produites au sol. Et l'extraction d'argile dans les rivières peut provoquer l'approfondissement de ces cours d'eau, en diminuant la quantité d'eau dans les lits et en perturbant les habitats là-bas, ce qui diminue la biodiversité de plusieurs régions.

Au Brésil, sur la base des données du United States Geological Survey (USGS - Geological Survey of the United States, en portugais) et de l' US Energy Information Administration (EIA - United States Energy Information Administration ), on estime que la fabrication le ciment est responsable jusqu'à 7,7% des émissions nationales de CO2 générées par la combustion de combustibles fossiles, la production de clinker étant la principale source de ces émissions.

Alternatives

Coprocessage

Une alternative qui cherche à minimiser les impacts générés dans ce processus de production est le co-traitement. Le coprocessing est apparu comme une stratégie d'amélioration de la performance économique (consommation d'énergie moindre) de l'industrie du ciment. Cette technique consiste à alimenter le four rotatif avec des déchets d'autres industries, en utilisant de moins en moins de combustibles fossiles et en réduisant également la production de déchets.

On utilise des matériaux préalablement sélectionnés, qui ne peuvent pas être recyclés (c'est-à-dire des déchets), qui ont un pouvoir calorifique élevé et qui doivent être totalement éliminés. Selon certaines entreprises nationales, dans ce processus, il n'y a pas de création d'effluents liquides ou solides, puisque les cendres qui auraient été auparavant envoyées en décharge sont désormais incorporées dans le clinker sans changer leurs priorités.

Ainsi, divers matériaux peuvent être co-traités, tels que les pneus, les graisses, les huiles usées, la sciure, les restes végétaux, les sols contaminés et les emballages. Les déchets hospitaliers, ménagers, radioactifs, explosifs et pesticides ne sont pas utilisés. Plus précisément sur les pneus et les balles de riz, les chercheurs Miguel Afonso Sellitto, Nelson Kadel Jr., Miriam Borchardt, Giancarlo Medeiros Pereira et Jeferson Domingues, d'Unisinos, ont publié un article dans la revue Ambiente & Sociedade (lire l'article complet ici) sur la réutilisation de ceux-ci matériaux dans la production de ciment;

Il est important de souligner que le Conseil National de l'Environnement (Conama) recommande que, pour la combustion des déchets dans des fours à clinker, la cimenterie doit présenter toutes les conditions techniques et environnementales pour répondre aux normes d'émission requises. En ce sens, il doit disposer: d'une ligne de production moderne, d'un processus de fabrication stable, régulé et optimisé; dispositifs hautement efficaces pour retenir les particules et les gaz de lavage générés lors de la combustion; et des brûleurs spécialement conçus pour différents types de combustibles.

Changement de formulation du clinker

Une autre alternative trouvée pour aider à réduire les émissions de CO2 pendant la production de clinker serait de créer une nouvelle «recette» de clinker. Afin de réduire la consommation de CO2 lors de sa composition, les industries du ciment ont commencé à remplacer une partie de ce matériau par du laitier de haut fourneau - un résidu de l'industrie sidérurgique - et, également, par des cendres volantes - des résidus de centrales électriques à charbon.

Le plus gros problème lié à cette alternative est le fait que l'industrie sidérurgique - également fortement émettrice de CO2 - et la génération de cendres volantes ne se développent pas à la même vitesse que les cimenteries, ce qui rend les stratégies à long terme irréalisables.

En raison de cette limitation, l'industrie du ciment utilise également depuis quelques décennies un autre matériau pour remplacer partiellement le clinker dans sa formulation: la poudre de calcaire ou «charge de calcaire brut». La charge est une matière première qui ne nécessite pas de traitement thermique (calcination) - un processus qui demande une consommation d'énergie élevée et est responsable de la plupart des émissions de CO2 des industries du ciment.

Capture du dioxyde de carbone

Les techniques de capture et de stockage du carbone sont extrêmement importantes pour réduire les émissions de ce gaz à effet de serre dans l'atmosphère. Ces techniques utilisent des mécanismes physico-chimiques pour séparer ce polluant et d'autres techniques de compression pour stocker géologiquement le dioxyde de carbone émis par des sources fixes, comme le four à clinker, utilisé dans la production de ciment.

Dans ce contexte, le dioxyde de carbone doit être capté et stocké avant d'être rejeté dans l'atmosphère. Pour cela, les industries devraient investir dans de nouvelles technologies et dans l'adaptation de leurs usines, ce qui exigerait un investissement important, avec une augmentation conséquente du produit final.