На каждом этапе производства цемента оказывается воздействие на окружающую среду . К таким воздействиям относятся известняковые карьеры, которые видны издалека и могут необратимо изменить местную окружающую среду; выбросы загрязняющих веществ в атмосферу в виде пыли и газов; шум и вибрация при работе оборудования; а также взрывные работы в карьерах.
Воздействие производства цемента на окружающую среду
От 4 до 8% от общего объема выбросов CO2 в мире приходится на бетон , воздействие которого на окружающую среду является сложным и зависит от его производства, применения и прямого воздействия на инфраструктуру и здания. Цемент, помимо существенного влияния на бетон, также оказывает собственное экологическое и социальное воздействие.
1. Выбросы углекислого газа и изменение климата
На долю цементной промышленности приходится до 5% всех выбросов CO2, производимых человеком, причем 50% из них приходится на химические реакции и 40% — на сжигание топлива. Таким образом, цементная промышленность является одним из двух крупнейших в мире производителей газа, который приводит к изменению климата.
Расчетный выход СО2 для производства конструкционного бетона (с содержанием цемента около 14%) составляет 410 кг/м3 (или примерно 180 кг/т при плотности 2.3 г/см3); этот выход снижается до 290 кг/м3 при использовании 30% золы-уноса вместо цемента.
На каждую тонну произведенного цемента в атмосферу выбрасывается 900 кг CO2, что составляет 88% выбросов, связанных со средней бетонной смесью. Выбросы CO2 при производстве бетона прямо пропорциональны содержанию цемента в бетонной смеси.
При термическом разрушении карбоната кальция с образованием извести и углекислого газа производство цемента приводит к выбросам парниковых газов. Энергопотребление при производстве цемента также способствует этой проблеме, особенно при сжигании ископаемого топлива .
Тот факт, что бетон имеет очень низкую воплощенную энергию на единицу массы, является одним из аспектов жизненного цикла бетона, заслуживающим внимания. Это в основном связано с наличием и частой доступностью компонентов, используемых в производстве бетона, таких как вода, пуццолан и заполнители, в местных ресурсах.
Соответственно, производство цемента использует 70% энергии, заложенной в бетоне, тогда как транспортировка использует только 7%.
Бетон имеет более низкую воплощенную энергию на единицу массы, чем большинство других строительных материалов, кроме дерева, с общей воплощенной энергией 1.69 ГДж/тонну. Из-за огромной массы бетонных конструкций это сравнение не всегда сразу применимо к принятию решений.
Важно помнить, что эта оценка основана на пропорциях бетонной смеси с содержанием летучей золы не более 20%. По оценкам, замена одного процента цемента летучей золой приводит к снижению энергопотребления на 0.7%. Это приведет к значительной экономии энергии, поскольку некоторые предлагаемые смеси содержат до 80% летучей золы.
Согласно отчету Boston Consulting Group от 2022 года , инвестиции в производство более экологичного цемента приводят к большей экономии парниковых газов, чем инвестиции в электроэнергетику и авиацию.
2. Поверхностный сток
Наводнение и сильная эрозия почвы могут быть результатом поверхностного стока, который происходит, когда вода стекает с непроницаемых поверхностей, таких как непористый бетон. Бензин, моторное масло, тяжелые металлы, отходы и другие загрязняющие вещества часто попадают в городские стоки с тротуаров, дорог и парковок.
Без затухания непроницаемый покров типичного мегаполиса уменьшает просачивание грунтовых вод и приводит к увеличению стока в пять раз по сравнению с типичным лесным массивом того же размера.
Многие недавние проекты мощения начали использовать проницаемый бетон, который предлагает некоторый уровень автоматического управления ливневыми стоками, чтобы уравновесить пагубные последствия непроницаемого бетона.
Бетон тщательно укладывается с тщательно рассчитанными пропорциями заполнителей для получения водопроницаемого бетона, который позволяет поверхностным стокам просачиваться и возвращаться в грунтовые воды.
Этому способствует как подтопление, так и пополнение грунтовых вод. Проницаемый бетон и другие участки с дискретной поверхностью могут действовать как автоматический фильтр для воды, блокируя прохождение некоторых опасных загрязняющих веществ, таких как масла и другие химические вещества, если они надлежащим образом построены и покрыты.
К сожалению, широкомасштабное использование водопроницаемого бетона все еще имеет недостатки. Его более низкая прочность по сравнению с обычным бетоном ограничивает использование в зонах с низкой нагрузкой, и его необходимо укладывать осторожно, чтобы свести к минимуму подверженность повреждениям от замерзания и оттаивания и накоплению ила.
3. Городская жара
Так называемый эффект городского теплового острова в основном вызван бетоном и асфальтом. Ожидается, что к 2060 году в мире будет построено 230 миллиардов м² (2.5 триллиона кв. футов) зданий, что эквивалентно площади существующего мирового строительного фонда.
По данным Департамента по экономическим и социальным вопросам Организации Объединенных Наций, к 68 году 2050% населения мира будет проживать в городских районах. Мощеные поверхности представляют собой серьезную угрозу из-за того, что они потребляют дополнительную энергию и производят загрязнение воздуха. .
В регионе много возможностей для энергосбережения. Спрос на кондиционирование воздуха в идеале должен снижаться по мере снижения температуры, что позволяет экономить энергию.
Однако исследования того, как отражающие тротуары влияют на окружающие конструкции, показали, что отсутствие отражающего стекла на зданиях, солнечное излучение, отраженное от тротуара, может повышать температуру здания, увеличивая потребность в кондиционировании воздуха.
Кроме того, на местные температуры и качество воздуха может влиять теплопередача от тротуаров, которыми покрыты города. Использование материалов, которые поглощают меньше солнечной энергии, таких как тротуары с высоким альбедо, может ограничить поток тепла в городскую среду и регулировать UHIE. Горячие поверхности нагревают городской воздух за счет конвекции.
Для поверхностей, изготовленных из используемых в настоящее время дорожных материалов, альбедо колеблется от 0.05 до примерно 0.35. Материалы дорожного покрытия с высоким начальным альбедо имеют тенденцию терять отражательную способность в течение типичного срока службы, тогда как материалы с низким начальным альбедо могут приобретать отражение.
Дополнительными факторами, которые следует учитывать, являются эффект теплового комфорта и необходимость дополнительных мер по смягчению последствий, не ставящих под угрозу здоровье и безопасность пешеходов, особенно во время аномальной жары. «Средиземноморский индекс комфорта на открытом воздухе» (MOCI) рассчитывается при
Люди подвергаются воздействию погодных и тепловых условий комфорта, поэтому при принятии решений следует принимать во внимание общий городской дизайн. При правильном сочетании с другими технологиями и методами, такими как растительность, отражающие материалы и т. д., использование материалов с высоким альбедо в городских условиях может иметь положительный эффект.
4. Бетонная пыль
При землетрясениях и других стихийных бедствиях, а также при разрушении зданий в атмосферу часто выбрасывается большое количество бетонной пыли. После Великого Хансинского землетрясения было установлено, что основной причиной сильного загрязнения воздуха является бетонная пыль.
5. Радиоактивное и токсическое загрязнение
Проблемы со здоровьем могут возникнуть из-за включения в бетон некоторых соединений, включая как желательные, так и нежелательные добавки. В зависимости от источника используемого сырья в бетонных конструкциях могут обнаруживаться различные концентрации встречающихся в природе радиоактивных элементов (K, U, Th и Rn).
Например, некоторые камни естественным образом выделяют радон, а отходы старых шахт содержали много урана. Другой возможностью является непреднамеренное использование токсичных соединений в результате загрязнения в результате ядерной аварии. В зависимости от того, что было включено в бетон до сноса или растрескивания, пыль от обломков или расколотого бетона может представлять серьезную опасность для здоровья.
Тем не менее, заделка ядовитых веществ в бетон не обязательно рискованна и даже может быть выгодна. В некоторых случаях добавление определенных соединений, в том числе металлов, в цемент в процессе гидратации приводит к иммобилизации их в безопасном состоянии и препятствует их попаданию в окружающую среду.
6. Оксид азота (NOx)
Оксид азота (NOx) оказывает ряд негативных последствий на здоровье человека и окружающую среду, включая приземный озон, кислотные дожди, глобальное потепление, ухудшение качества воды и ухудшение зрения. Дети и люди с проблемами легких, такими как астма, входят в число пострадавших групп, и воздействие этих состояний может повредить легочную ткань у людей, которые работают или занимаются спортом на открытом воздухе.
7. Диоксид серы (SO2)
Высокий уровень диоксида серы (SO2) может ухудшить дыхание и усугубить уже имеющиеся респираторные и сердечно-сосудистые заболевания. Астматики, люди с бронхитом или эмфиземой, дети и пожилые люди относятся к чувствительным группам населения. Основной причиной кислотных дождей или кислотных отложений является SO2.
8. Угарный газ (CO)
Угарный газ (CO) , уменьшая количество кислорода, поступающего к органам и тканям организма, может оказывать пагубное воздействие на здоровье. Он также может негативно влиять на сердечно-сосудистую и нервную системы. Смог, или приземный озон, который может привести к проблемам с дыханием, частично образуется из-за угарного газа.
9. Топливо и сырье
В зависимости от исходных данных и процедуры цементный завод использует 3-6 ГДж топлива для производства тонны клинкера. Основными видами топлива, используемыми сегодня большинством цементных печей, являются уголь, нефтяной кокс и, в меньшей степени, природный газ и мазут.
Если они соответствуют строгим критериям, некоторые отходы и побочные продукты с восстанавливаемой теплотворной способностью могут использоваться в качестве топлива в печах для обжига цемента для замены некоторых традиционных ископаемых видов топлива, таких как уголь.
В местах сырья, такого как глина, сланец и известняк, некоторые отходы и побочные продукты, содержащие полезные минералы, такие как кальций, кремнезем, глинозем и железо, могут использоваться в качестве сырья в печи.
Граница между альтернативными видами топлива и сырьем не всегда четкая, поскольку некоторые материалы имеют как ценное минеральное содержание, так и извлекаемую теплотворную способность.
Например, осадок сточных вод сжигается с образованием золосодержащих минералов, полезных для клинкерной матрицы, несмотря на низкую, но значительную теплотворную способность.
Воздействие производства цемента на окружающую среду – Часто задаваемые вопросы (FAQ)
Какое загрязнение вызывает производство цемента?
Сколько CO2 выделяется при производстве цемента?
Как производство цемента влияет на изменение климата?
Каково воздействие бетона на окружающую среду?
Заключение
Из того, что мы увидели в этой статье, мы узнали, что, хотя производство цемента является необходимым компонентом для развития общества, оно наносит вред окружающей среде. Это требует серьезного перехода от цемента к другим устойчивым и экологически безопасным альтернативам строительству зданий.