Revolusi hijau yang sangat dibutuhkan dalam produksi semen

Semen merupakan material penting di dunia modern saat ini. Semen digunakan untuk membangun rumah, kantor, jembatan, bendungan, jalan, dan trotoar. Setiap tahun, kita memproduksi lebih dari empat miliar ton semen secara global dari sekitar 4.000 pabrik, menghasilkan 30 miliar ton beton, yang merupakan aplikasi paling umum.

Namun, produksi semen merupakan salah satu penyebab utama emisi karbon. Produksi semen bertanggung jawab atas 7% emisi global. Jika industri semen adalah sebuah negara, maka industri ini akan menempati peringkat keempat sebagai penghasil emisi terbesar, setara dengan Rusia dan hanya berada di bawah China, AS, dan India.

Emisi dari semen hampir setara dengan emisi dari industri baja. Hal ini menjadikan semen dan baja sebagai sektor industri yang paling banyak menghasilkan polusi. Tidak seperti baja, yang teknologinya dapat mengubah proses produksi secara mendasar dan menghilangkan hampir semua emisi, produksi semen pada dasarnya membutuhkan banyak CO2. Transformasi kimiawi bahan mentah menjadi semen mengeluarkan CO2 dan tidak ada cara lain untuk menghindarinya, dengan 'emisi proses' ini mencapai 60% dari total emisi. Sisanya, 40% berasal dari suhu tinggi yang dibutuhkan (sekitar 1450°C), yang biasanya dicapai dengan membakar batu bara atau sampah plastik.

Jadi, apa yang dapat dilakukan perusahaan semen untuk mengurangi emisi, dan berapa biayanya? Untungnya, ada solusinya. Mereka dapat menangkap dan menyimpan CO2 secara permanen atau beralih ke sumber pemanas yang lebih berkelanjutan. Kami akan membahas kasus bisnis ini dalam artikel ini.

Menurut Badan Energi Internasional, produksi semen akan meningkat sebesar 17% pada tahun 2050 berdasarkan kebijakan saat ini. Bahkan dalam skenario Ekonomi Nol Bersih, tingkat produksi tetap mendekati tingkat saat ini, yang menyoroti fakta bahwa semen dan beton akan terus berperan sebagai bahan bangunan penting saat ini.

Pada gilirannya, kami hanya menjajaki cara-cara untuk membuat produksi semen dan beton lebih ramah lingkungan dalam artikel ini. Untuk saat ini, kami tidak akan membahas cara-cara untuk mengurangi permintaan semen, misalnya dengan mengganti beton dengan kayu pada bangunan atau mengoptimalkan desain bangunan.

CCS: Pentingnya Penangkapan dan Penyimpanan Karbon

Penerapan penangkapan dan penyimpanan karbon (CCS) tidak dapat dihindari tanpa tersedianya teknologi baru yang dapat mengubah proses kimia pembuatan semen secara mendasar. Oleh karena itu, CCS merupakan bagian integral dari setiap skenario dekarbonisasi untuk sektor ini dan dapat diterapkan pada proses dan emisi pemanasan.

Berdasarkan asumsi dan perhitungan kami, CCS dapat mengurangi emisi semen hingga sekitar 85%, yang merupakan pencapaian besar. Selain itu, CCS juga sedikit meningkatkan biaya produksi semen – sekitar 10% dalam kasus referensi kami, di mana CO2 dapat diangkut melalui jaringan pipa dan disimpan dalam jarak 150 km. Bagi banyak pabrik semen, CCS akan menjadi solusi dekarbonisasi yang paling berdampak dan hemat biaya.

Menangkap dan menyimpan emisi CO2, bersama dengan menggunakan bahan bakar pemanas yang lebih bersih, dapat mengurangi emisi secara signifikan, meskipun masing-masing memiliki biaya yang berbeda

Indikasi emisi dan biaya produksi klinker

Sumber: Penelitian ING

Mengapa CCS tidak akan menjadi solusi jangka pendek untuk setiap pabrik semen

Biaya penangkapan dan penyimpanan karbon bervariasi secara signifikan tergantung pada lokasi pabrik, dan fasilitas produksi semen sering kali tersebar di suatu negara atau wilayah.

Misalnya, Eropa memiliki sekitar 300 pabrik. Beberapa di antaranya terletak di dekat pantai, yang memungkinkan CO2 diangkut ke lokasi penyimpanan lepas pantai melalui jaringan pipa. Perhitungan kami mengasumsikan bahwa CO2 dapat diangkut 'dengan murah'. Kami berasumsi pengangkutan melalui jaringan pipa ke lokasi penyimpanan lepas pantai dalam jarak maksimum 150 kilometer, yang memungkinkan bagi negara-negara seperti Norwegia, Inggris, dan Belanda. Saat ini, jaringan pipa CO2 sedang dikembangkan di klaster industri utama di negara-negara ini, yang memungkinkan pabrik semen di area ini memperoleh keuntungan dari biaya transportasi yang lebih rendah. Lokasi-lokasi ini kemungkinan akan menjadi yang pertama menerapkan teknologi CCS.

Banyak pabrik yang berlokasi di pedalaman – jauh dari kawasan industri dengan jaringan pipa CO2, tetapi dekat sungai, sehingga CO2 dapat diangkut dengan kapal. Akan tetapi, metode ini jauh lebih mahal, terutama untuk jarak hingga 500 kilometer. Lokasi-lokasi ini juga dapat menerapkan teknologi CCS setelah ada pelabuhan yang tersedia tempat kapal dapat membongkar muatan CO2 mereka.

Selain itu, ada pabrik semen yang terletak jauh di pedalaman, tanpa opsi yang memungkinkan untuk pengangkutan CO2 melalui jaringan pipa atau kapal, bahkan di masa mendatang. Dalam kasus seperti itu, CO2 dapat diangkut dengan truk, tetapi ini akan semakin meningkatkan biaya dan emisi karbon karena menciptakan banyak pergerakan truk. CCS tidak akan diterapkan dengan mudah atau cepat di lokasi-lokasi ini.

Secara keseluruhan, biaya untuk menangkap, mengangkut, dan menyimpan satu ton karbon dari produksi semen berkisar antara 50 euro hingga 200 euro, tergantung pada lokasi lokasi dan moda transportasi (biaya rendah untuk jaringan pipa, biaya tinggi untuk kapal).

Mengganti sumber pemanas

Hidrogen hijau sangat ampuh – namun juga terlalu mahal dan berharga

Menggunakan hidrogen sebagai bahan bakar adalah salah satu cara untuk mencapai suhu tinggi yang diperlukan untuk produksi semen. Secara teori, hidrogen hijau dapat menggantikan batu bara dan limbah sebagai sumber pemanas. Meskipun ini tidak akan mengurangi emisi proses (CCS diperlukan untuk ini), ini akan mengurangi emisi semen secara keseluruhan hingga sepertiga karena proses pemanasan itu sendiri tidak akan mengeluarkan CO2.

Namun, ada beberapa kelemahan signifikan dalam penggunaan hidrogen hijau dalam industri semen. Saat ini, biaya produksi semen akan naik hampir dua kali lipat. Teknologi ini masih belum teruji, dan tidak ada cukup hidrogen hijau yang tersedia dalam waktu dekat untuk memenuhi permintaan energi industri yang besar.

Selain itu, hidrogen hijau merupakan sumber daya yang sangat berharga yang dapat digunakan secara lebih efektif untuk mendekarbonisasi sektor lain. Dalam industri seperti pembuatan baja, pengiriman, dan penerbangan, hidrogen hijau berpotensi mengubah proses yang intensif karbon menjadi operasi bebas fosil. Misalnya, hidrogen hijau dapat digunakan untuk memproduksi bahan bakar sintetis untuk kapal, pesawat terbang, dan truk, atau untuk menghilangkan batu bara dalam produksi baja.

Aplikasi hidrogen hijau ini jauh lebih transformatif daripada sekadar mengganti bahan bakar fosil sambil membiarkan proses pembuatan semen tidak berubah. Akibatnya, industri lain cenderung membayar harga yang lebih tinggi untuk hidrogen hijau. Oleh karena itu, kami yakin bahwa hidrogen akan berkembang lebih cepat di sektor lain yang membutuhkan banyak energi.

Langkah kecil, dampak besar; peningkatan marjinal itu penting

Sejauh ini, kami telah menjajaki solusi paling radikal untuk mengurangi emisi. Untungnya, ada juga langkah-langkah yang lebih kecil dan bertahap yang dapat membuat perbedaan. Meskipun langkah-langkah ini mungkin tidak mengurangi emisi hingga puluhan persen di setiap pabrik, penerapannya secara luas di semua pabrik dapat berdampak signifikan pada total emisi sektor tersebut. Tentu saja, langkah-langkah ini tidak menghilangkan kebutuhan untuk menangkap dan menyimpan karbon – tetapi langkah-langkah ini membatasi sejauh mana CCS diperlukan.

Proses pembuatan semen hampir tidak berubah sejak pertama kali dikembangkan, kecuali peningkatan efisiensi energi. Tungku semen tradisional telah mencapai efisiensi energi lebih dari 60% dan tidak mungkin melakukan peningkatan yang signifikan, tetapi pada tingkat pabrik mungkin ada ruang untuk perbaikan. Keuntungan yang lebih besar dapat diperoleh dengan menggunakan panas sisa dalam proses industri lainnya, atau untuk memanaskan rumah dengan membangun jaringan pemanas.

Menggunakan lebih sedikit klinker

Semen Portland adalah semen yang paling banyak digunakan dan memiliki kandungan klinker sebesar 95%. Klinker dapat digantikan sebagian dengan bahan tambahan yang mengandung semen, seperti abu terbang dari pembangkit listrik tenaga batu bara dan terak tanur tinggi dari pembuatan baja. Penggantian ini mengurangi rasio klinker, mengurangi penggunaan energi dan menghindari sebagian emisi yang melekat pada produksi klinker. Namun, seiring dengan sektor listrik dan baja di Eropa yang mulai meninggalkan batu bara, bahan baku alternatif ini akan semakin sulit diperoleh.

Pengolahan bersama biomassa

Produk dan limbah batu bara merupakan bahan bakar yang paling umum untuk menghasilkan panas proses dalam produksi semen. Biomassa juga dapat digunakan untuk pembakaran bersama, meskipun secara teknis sulit untuk menggantikannya secara penuh karena nilai kalori yang lebih rendah dari sebagian besar bahan organik. Biomassa yang bersumber secara berkelanjutan dianggap sebagai bahan bakar tanpa emisi berdasarkan pedoman saat ini, sehingga mengurangi jejak karbon semen. Namun, di sini juga, seperti halnya hidrogen hijau, biomassa dapat menambah nilai lebih dalam penghijauan sektor-sektor lain yang membutuhkan banyak energi. Jadi, saat kita bergerak menuju ekonomi nol-bersih, kami memperkirakan penggunaannya dalam industri semen akan dibatasi oleh permintaan yang tinggi di sektor-sektor lain.

Menerapkan prinsip ekonomi sirkular

Mengadopsi prinsip ekonomi sirkular dapat mengurangi permintaan semen secara signifikan. Ini termasuk mengoptimalkan desain struktural untuk menggunakan lebih sedikit beton, menciptakan infrastruktur yang dapat dengan mudah dibongkar untuk digunakan kembali dan didaur ulang, dan mengganti beton dengan bahan tanpa CO2 seperti kayu. Topik yang penting dan menarik – tetapi tidak akan kita bahas dalam artikel ini karena fokusnya adalah pada penghijauan produksi semen.

Beton ramah lingkungan – mengubah semen menjadi penyerap karbon

Sementara reaksi kimia semen secara inheren menghasilkan CO2, reaksi yang sama juga dapat digunakan dalam urutan terbalik untuk menyimpan CO2 dalam beton, produk akhir utama semen. Penyuntikan CO2 selama produksi beton melibatkan pemasukan CO2 yang ditangkap ke dalam campuran beton. Proses kimia ini secara permanen menanamkan CO2 dalam beton.

Perusahaan seperti CarbonCure mampu menyimpan hingga 18 kilogram CO2 per meter kubik beton. Jumlah ini masih merupakan sebagian kecil dari 350 kilogram CO2 yang dihasilkan dari penggunaan semen murni dalam beton (tergantung pada jenis semen dan campuran beton, emisi berkisar antara 250 hingga 400 kilogram). Namun, angka ini turun menjadi sekitar 50 kilogram CO2 jika CO2 ditangkap dan disimpan selama produksi semen.

Jadi, penyuntikan CO2 dalam beton, bersama dengan CCS dalam produksi semen, dapat memberikan solusi baru dan kemungkinan semen dan beton netral karbon di masa mendatang. Emisi yang tersisa dapat diimbangi dalam pasar karbon sukarela (32 kilogram CO2 per ton beton dalam contoh kami).

Strategi menuju beton netral karbon

Dampak indikatif dari langkah-langkah pengurangan CO2 dalam kilogram CO2 per ton beton

Sumber: Penelitian ING

Industri semen masih harus menempuh jalan panjang untuk mencapai netralitas karbon, dan baik injeksi CO2 maupun CCS menghadapi tantangan yang signifikan. Teknologi ini masih dalam tahap awal dan membutuhkan biaya tinggi – jika memang tersedia.

Inovasi dalam rantai pasokan semen dan penelitian lebih lanjut sangat penting untuk memastikan bahwa beton yang disuntik CO2 memenuhi standar dan kode bangunan setempat. Proyek percontohan dapat membantu membangun kasus bisnis untuk beton netral karbon, membuatnya dapat ditingkatkan dan hemat biaya. Saat ini, permintaan bukanlah masalah; pengembang dan investor terkemuka bersedia membuat bangunan dengan emisi nol dan membayar premi untuk itu, terutama di pasar kelas atas. Dan para pembuat kebijakan perlu memenuhi target emisi mereka, yang sebagian besarnya adalah semen. Hal ini memberi tekanan pada produsen semen dan pembuat kebijakan untuk menghijaukan industri ini di setiap lokasi.

Lampiran: penjelasan teknologi semen oleh seorang ekonom

Produksi semen dimulai dengan persiapan bahan baku – batu kapur, kerikil, dan tanah liat, yang kemudian digiling menjadi bubuk halus. Klinker semen kemudian diproduksi dengan menambahkan batu kapur yang telah disiapkan ke dalam tanur semen pada suhu sekitar 1450 derajat Celsius. Hal ini memungkinkan terjadinya kalsinasi batu kapur menjadi semen dan CO2. CO2 dilepaskan ke atmosfer atau ditangkap dan disimpan secara permanen dengan CCS.

Produksi semen dengan dan tanpa CCS

Sumber: Penelitian ING

Asumsi ekonomi dijelaskan

Biaya dihitung dari perspektif Eropa Barat Laut dan berdasarkan pada banyak asumsi ekonomi dan kimia. Kami mencantumkan asumsi ekonomi utama kami di sini: harga gas €35/MWh, harga listrik €85/MWh, harga karbon €65/ton dengan harga karbon penuh (tanpa tunjangan gratis), dan harga batu bara €110/ton.

Kami telah menerapkan biaya teknologi sebesar €21/ton/tahun untuk tanur semen yang beroperasi 95% dari waktu (faktor kapasitas). CO2 ditangkap dan diangkut melalui jaringan pipa sepanjang 150 kilometer untuk disimpan secara permanen di ladang minyak atau gas lepas pantai yang kosong. Kami telah mengasumsikan total biaya untuk menangkap, mengangkut, dan menyimpan CO2 sebesar €100/ton dan tingkat penangkapan CCS ditetapkan sebesar 85%.

Kami menggunakan elektroliser alkali buatan Barat yang harganya sekitar 1.000€/kW dan beroperasi dengan efisiensi 70% serta tingkat kapasitas 70%. Hasilnya, biaya hidrogen hijau sekitar €5/kg dengan harga listrik €85/MWh.

Dalam praktiknya, semua variabel input ini menunjukkan variasi yang cukup besar yang menghasilkan berbagai macam hasil untuk setiap teknologi. Kami memilih untuk menyajikan estimasi titik karena estimasi tersebut sering kali menangkap wawasan utama dengan lebih baik daripada rentang yang luas. Anggap angka-angka ini sebagai hasil indikatif yang akan bervariasi dalam proyek waktu nyata.

Catatan ini merupakan bagian dari rangkaian berkelanjutan yang membahas tentang penghijauan sektor-sektor yang sulit dikurangi. Temukan informasi terkini kami tentang industri baja , plastik , penerbangan , dan perkapalan di sini.