Betonun temel bir bileşeni olan çimento, günlük yaşamımızın ayrılmaz bir parçasıdır. Aslında, içilebilir sudan sonra küresel olarak en çok tüketilen ikinci üründür ve evlerden barajlara kadar inşa ettiğimiz hemen hemen her yerde kullanılır. Aynı zamanda, küresel CO2 emisyonuna da ciddi bir katkısı bulunmaktadır.
Bilim adamları ve devletler; iklim değişikliğinin sonuçları daha belirgin hale geldikçe, sera gazı (GHG) emisyon hedefleri için daha yüksek sesle çağrıda bulunuyorlar. Son zamanlarda hedef, sıcaklık artışını 2.0 santigrat derecenin altında tutmaktan 1.5 santigrat dereceye kaydı. Tam 77 ülke 2050 yılına kadar net sıfır emisyon için taahhütte bulundu.
İklim tartışmasının nasıl gelişeceği belirsiz olsa da, 2050 yılına kadar bu gibi hedeflere ulaşmak özellikle çimento endüstrisi için zor olacaktır; çünkü CO2 emisyonunun çoğu kalsinasyon olarak bilinen kaçınılmaz kimyasal süreçten kaynaklanmaktadır. Daha ileriye gidebilecek diğer endüstrilerin aksine, çimentoyu karbondan arındırmak için yeni teknolojilerin geliştirilmesi ve yaygınlaşması yıllar sürebilir. Bununla birlikte, bu yazıda, endüstrinin 2017 düzeyindeki emisyonlarını 2050 yılına kadar dörtte üçünden daha fazla azaltabileceğine yönelik çalışmalar ve araştırmalar konu edilmektedir.
Performans özellikleri ve kireç taşının (kalker diye de bilinir) geniş kullanılabilirliği göz önüne alındığında, çimento (ve dolayısıyla beton) küresel olarak tercih edilen en önemli yapı malzemesi olarak kalacaktır. Bununla birlikte, yerel düzeyde, çapraz lamine ahşap (CLT) gibi daha sürdürülebilir alternatif malzemelere karşı payını kaybedebilir. Giderek artan bina bilgi modellemesi (BIM) ve modüler yapı da dahil olmak üzere diğer değişimler, inşaat faaliyetlerindeki genel artışa rağmen çimento tüketimini daha da azaltarak talebi etkili bir şekilde düşürebilir.
Dolayısıyla büyüme ve dekarbonizasyon (karbondan arındırma) birbiriyle ilişkili önemli zorlukları temsil ediyor. Buna karşılık, çimento şirketleri karbondan arınmanın en iyi yolunu belirlemeli, hangi teknolojik gelişmelere yatırım yapacaklarını seçmeli ve ürünlerini, portföylerini ve ortaklıklarını yeniden düşünmelidir.
İklim değişikliği ve çimento endüstrisi
Çimento endüstrisi tek başına tüm endüstriyel CO2 emisyonunun yaklaşık dörtte birinden sorumludur ve ayrıca 1 dolarlık gelir başına da en fazla CO2 emisyonunu üretmektedir (Şekil 1). Bu toplam emisyonların yaklaşık üçte ikisi kalsinasyondan yani kireç taşının yüksek sıcaklıklara maruz kaldığında ortaya çıkan kimyasal reaksiyondan kaynaklanmaktadır.
Şekil 1
Çimento, beton oluşumunda agregalar (ince ve kaba taşlar) arasında bağlayıcı görevi görür. Çimento; karışımın sadece küçük bir yüzdesini oluştururken (hacimce yaklaşık yüzde 10), sonuçta elde edilen CO2 emisyonunun neredeyse tamamen sorumludur. Çimento imalat işleminde, ham madde, piroproses olarak bilinen yakıt yoğun bir işlemde bir fırın içinde yüksek sıcaklıklarda pişirilir(Şekil 2). Bu süreç, daha sonra öğütülerek toz haline getirilen ve çimento üretmek için diğer bileşenlerle karıştırılan yarı ürün klinker ile sonuçlanır.
Şekil 2
Çimento endüstrisinin karbondan arındırma baskısı sadece toplumdan değil, aynı zamanda yatırımcılardan ve hükümetlerden gelmektedir. Artık; hükümetler, finansman yapmaya karar vermeden önce çevresel etki değerlendirmelerini giderek daha fazla istiyor ve önemsiyor. CO2 emisyonlarının kamu tarafından incelenmesi arttıkça, çimento oyuncularının geçmişte petrol ve gaz veya madencilik şirketlerine benzer şekilde sıkıntılı bir duruma girme riski devam etmektedir.
Potansiyel karbondan arındırma (dekarbonizasyon) yolları
Şirketler çimentoyu karbondan arındırmak için çeşitli seçeneklere sahiptir. İyimser olarak, analizler CO2 emisyonlarının 2050 yılına kadar yüzde 75 oranında azaltılabileceğini göstermektedir (Şekil 3). Bununla birlikte, karbondan arındırma yöntemlerinin sadece küçük bir kısmı (yaklaşık yüzde 20) operasyonel gelişmelerden kaynaklanırken, geri kalan büyük kısımın teknolojik yeniliklerden ve yeni büyüme ufuklarından gelmesi gerekecektir.
Şekil 3
Enerji verimliliği gibi operasyonel ilerlemeler halihazırda büyük ölçüde uygulanmaktadır. Alternatif yakıt kullanımından ve klinker ikamesinden kaynaklanan emisyon azaltma potansiyeli, girdi malzemelerin azalan bulunabilirliği ile sınırlıdır. Bu nedenle, yeni teknolojiler ve alternatif yapı malzemeleri gibi daha yenilikçi yaklaşımlar, 2050 yılına kadar karbon azaltma hedeflerine ulaşmak için vazgeçilmez olacaktır. Bununla birlikte, emisyon azaltma potansiyeli açısından en umut verici yöntemler hala geliştirilmektedir ve bazılarında sadece küçük çapta pilot uygulamalar yapılmaktadır.
Dekarbonizayon (karbondan arındırma) yöntemleri:
Enerji verimliliği: Enerji verimliliğini artırmanın en iyi yolu, toplam enerji tüketiminin yaklaşık yüzde 90’ını oluşturduğundan döner fırınlara odaklanmaktır. 1980’lerde endüstri çapındaki gelişmeler, ıslak ham maddeyi yakmaktan kuru ham maddeye geçerek enerji emisyonlarının azaltılmasına yardımcı oldu. Bugün, gelişmiş analitik verileri işleyebilir ve uyarlanabilir, kendi kendine öğrenen modeller oluşturabilir. Bu tür yatırımlar tipik olarak bir ila iki yıl içinde amorti edilebilir.
Alternatif yakıtlar: Döner fırınlar için atık ve biyokütle gibi daha az karbon yoğun alternatif yakıtlara geçiş, 2050 yılına kadar küresel çimento üretiminden kaynaklanan doğrudan CO2 emisyonunu yüzde 9 oranında azaltabilir. Ancak, bu değişimin uygulanabilirliği alternatif yakıtların mevcudiyetine bağlıdır. Yerel tedarik zincirlerinin geliştirilmesi bu anlamda önemlidir. Fosil yakıtlar hala çimento endüstrisi tarafından tüketilen enerjinin çoğunu sağlarken, 2017 yılında 2000 yılına göre yaklaşık dört kat daha fazla biyokütle yakıt olarak kullanılmıştır.
Klinker ikamesi: CO2 emisyonu çimento üretiminde kullanılan klinker miktarı ile doğru orantılıdır. Bu nedenle, klinker, doğal ve kalsine puzolanlar gibi çimentolu malzemeler ile uçucu kül ve yüksek fırın cürufu gibi endüstriyel yan ürünler ile ikame edilebilir. Benzer şekilde, puzolanların kullanımı, doğal rezervlerin miktarına, ulaşılabilirliğine ve niteliğine bağlıdır.
Karbon tutma, kullanma ve depolama: Bu yöntem, CO2‘i endüstriyel emisyonlardan izole ederek toplar ve daha fazla endüstriyel kullanım için geri dönüştürür veya yer altında güvenle depolar. Yakalandıktan sonra CO2; cam, plastik ya da sentetik yakıt üretimi gibi çeşitli ve geniş bir potansiyel kullanım alanına sahiptir.
Karbon tutma teknolojileri ticari olarak mevcut olsa da, günümüzde çok az tesiste kullanılmaktadır. Bunlardan biri doğal gaz tesisleridir. Bu nedenle, kapsamlı dekarbonizasyonun ilerlemesi sadece karbonun tutulması ve depolanması açısından ekonomik olarak uygulanabilirliğine değil, aynı zamanda yakalanan CO2‘in satılabileceği pazarların mevcudiyetine de bağlı olmaktadır.
Karbonla sertleşen beton (karbon kür beton): Bu teknoloji, betonun kürleme sürecini hızlandırmak ve son üründe CO2‘i kilitlemek yani bağlamak için çimento üretimi sırasında yakalanan CO2‘i betona enjekte etme yöntemidir. Güncel düşük karbonlu çimento teknolojileri teorik olarak %30 potansiyele sahip olmakla birlikte mevcutta %5 kadar CO2 tutabilmektedir. Karbon kür teknolojisi ile yılda 60 milyon ton emisyon azaltabilme potansiyeli vardır.
Alternatif yapı malzemeleri ve diğer yaklaşımlar: Önümüzdeki yıllarda alternatif yapı malzemeleri, talebi çimentodan uzaklaştırabilir. Bugüne kadar, çapraz lamine ahşap (CLT) en çok dikkat çeken alternatif yapı malzemelerinden birisi oldu. Ahşap panelleri ve levhaları birbirine yapıştırarak üretilen CLT, büyük boyutlara ulaşabilen, yeterince ateşe dayanıklı bir yapı malzemesidir. Uygulaması son zamanlarda arttı ve Kanada, Japonya ve İsveç’teki projelerde kullanılmaktadır. Betondan yüzde 10 pay alacağı varsayılırsa, çimento karbon ayak izini yüzde 25 oranında azaltabilecektir. Bununla birlikte, gerekli yıllık net artış yaklaşık 700 milyon metreküp olacaktır ki bu miktar Rusya’daki orman ürünleri arzının yaklaşık yüzde 80’i kadardır.
Diğer yaklaşımlar prefabrik, modüler ve kit evlerin yanı sıra bina bilgi modellemesini içerir. Bu son yaklaşım, ürünlerin dijital olarak görüntülenmesini, çeşitli yapı malzemelerinin değerlendirilmesini ve büyük projelerin daha verimli bir şekilde planlanmasını sağlar.
Karbon tutma, kullanma ve depolama (CCUS) ve karbonla kürlenmiş beton gibi teknolojilerin geliştirilmesi on yıl kadar sürebileceğinden, yatırımlar mümkün olan en kısa sürede yapılmalıdır. Şekil 4’teki azaltma maliyet eğrisi; gelecekteki maliyetler, CO2 fiyatları ve hacme dayalı olarak bir ton CO2 azaltmak için çeşitli büyük ölçekli yatırımların maliyetini göstermektedir. Klinker ikameleri gibi negatif bir azaltma maliyeti, maliyette bir azalma yerine üreticiye bir fayda anlamına gelmektedir.
Şekil 4
Ürünlerin ve yöntemlerin fiyatı bölgesel ve gelecekteki kullanılabilirliğine bağlı olduğundan, azaltma maliyetleri bir marj içinde gösterilmektedir. Örneğin; çelik ve enerji sektörleri karbondan arındırma çabalarını artırdıkça, uçucu kül ve granüle yüksek fırın cürufu gibi klinker ikamelerinin mevcudiyeti azalabilecektir. Aynı şey, diğer endüstrilerden artan talep görmesi muhtemel olan biyokütle için de geçerlidir.
Bazı yöntemlerin CO2 fiyatlarından daha yüksek azaltma maliyetleri olması nedeniyle çimento üreticileri bir ikilemle karşı karşıyadır. Bunu yapmak için herhangi bir ekonomik gerekçe (rasyonellik) olmamasına rağmen, kamu ve finansal yatırımcıların hızlı ve etkin bir şekilde emisyon azaltılması yönünde baskıları çimento üreticileri için bir ikilem oluşturmaktadır. Aynı zamanda çimento üreticileri, inşaat sektöründeki değer paylarını sürdürmek için maliyet azaltma önlemlerine de yönelmek zorundadır.
Genel olarak, 2050’deki CO2 emisyonunun küresel taleple uyumlu olması ve 2,9 Gt CO2‘e hafifçe yükselmesi beklenmektedir. Ülkelere özgü düzenleyici yaklaşımlar, farklı tüketim ihtiyaçları ve yerel endüstrilerin karbondan arındırma önlemlerini uyguladığı değişken seviyeler nedeniyle bunları azaltma potansiyeli bölgeler arasında değişecektir.
Şekil 5
Örneğin Çin, talepteki düşüşten (yaklaşık yüzde 45 oranında) faydalanacak ve önümüzdeki on yıllar içinde hem operasyonel ilerlemeleri hem de teknolojik yenilikleri karbon arındırma için kullanacaktır.
Güneydoğu Asya ve Hindistan, karbondan arındırma çabalarını teşvik etmek için politikalar geliştirmeye başladı. 2012 yılında Hindistan hükümeti, 85’ten fazla çimento fabrikasının katıldığı enerji verimliliğini artırmak için piyasaya dayalı bir mekanizma başlattı. Ancak, bu bölgelerde kentleşme ve ekonomik kalkınma ile buna bağlı olarak talep artışı bu çabaları dengeleyebilir.
Avrupa ve Kuzey Amerika pazarlarında karbon emisyonlarını azaltmaya yönelik yatırımcıların detaylı incelemelerinin ve düzenleyicilerin baskılarının yoğunlaşması muhtemeldir.
Avrupa Birliği’nin iddialı “Yeşil Anlaşması” ve çimento için bir karbon sınır ayarlama mekanizmasının getirilmesi de dahil olmak üzere kapsamlı önlem paketi, tüm bölgede karbon emisyonlarını azaltabilir.
Kuzey Amerika’da, dekarbonizasyon çabaları, Kanada’nın 2019 Karbon Fiyatlandırma Backstop programını uygulaması gibi ülke bazlı girişimlerle desteklenmektedir.
Çimento endüstrisinin yeniden canlandırılması
Çimento endüstrisinde dekarbonizasyon için iki stratejik zorluğun ele alınması gerekmektedir. İlk olarak, şirketlerin operasyonel gelişmeler ve teknolojik yenilikler açısından en iyi yöntemleri belirlemesi gerekiyor. İkincisi, “sürdürülebilir inşaat” değer zincirindeki fırsatlardan yararlanan yeni bir büyüme ufku için bir portföy geliştirmeleri gerekiyor.
Operasyonel gelişmeler
Verimliliği artırmak için on yıllarca süren çabalara dayanan geleneksel azaltma yöntemleri, emisyonları 2050 yılına kadar yaklaşık beşte bir oranında azaltabilir. Endüstri, bu azalmayı daha fazla klinker ikamesi uygulayarak, daha iyi tesis kullanımı yoluyla enerji yoğunluğunu azaltarak ve ekipman verimliliğini artırarak başarabilir. Atık ısının geri kazanılması da (enerji kullanan makinelerin veya proseslerin bir yan ürünü) karbonsuz enerji sağlayabilir.
Başka bir verimlilik yöntemi de ileri analitiktir. Bir Avrupalı çimento üreticisi, bir fırının ısı profili için kendi kendine öğrenen modeller oluşturarak ve fırın alevinin şeklini ve yoğunluğunu optimize ederek yüzde 6 yakıt tasarrufu sağladı.
Gelecekteki çimento fabrikaları, dijital teknoloji ve daha sürdürülebilir operasyonları birleştirerek rakiplerini geçebilir. Son olarak, fosil yakıtların yerine atık ve biyokütle gibi alternatif yakıtların dahil edilmesi 2050 yılına kadar emisyonları yaklaşık yüzde 10 azaltabilir.
Bunların hiçbiri kolay olmayacak. Biyokütle arzı bölgeye göre değişmekte ve diğer endüstriler bu sektörler için mücadele etmektedir.
Klinker ikameleri de sınırlıdır. Doğal puzolanlar (örneğin volkanik kaya ve kül) henüz değerlendirilmemiştir. Kömür yakıtlı elektrik santrallerinden gelen uçucu kül ve yüksek fırınlardan gelen cüruf gibi klinker alternatifleri olarak hizmet veren endüstriyel yan ürünler, enerji ve çelik endüstrileri karbondan arındırıldıkça ve daha az atık ürettikçe çimento sektörüne daha az tedarik sağlayacaktır.
Teknolojik inovasyon
İnovasyon, çimento sektörünün sürdürülebilirlik potansiyeline ulaşması için önemli ve gelecek vaat eden yolları ortaya çıkaracaktır.
Örneğin, bir start-up çimentoda daha düşük oranda kireç taşı kullanır, bu da daha az işlem ve yakıt emisyonu ile sonuçlanır. Bu start-up’ın sistemi ayrıca CO2 tutabilmekte ve bu CO2 betonda kür için kullanılabilmektedir. Betonun bu şekilde kürlenmesi betonun daha sağlam olmasına ve daha az çimento ile imal edilmesine neden olur. Günümüzdeki sistem sadece %5 oranında karbon tutabilmektedir, ancak daha yeni teknolojiler ile bu oran %30’a çıkma potansiyeline sahiptir. Karbon kürlenmiş beton gibi farklı konumlandırılan ürünler, şirketlere çevreye duyarlı müşteriler kazandırabilir ve daha fazla fiyatlandırma gücü sağlayabilir.
Ufukta CCUS (Carbon Capture, Utilization, and Storage) teknolojileri var. Büyük çimento oyuncuları tarafından bir dizi karbon yakalama projesi pilot ölçekli de olsa devam etmektedir. Bazı şirketler de, pahalı bir sistem olmasına rağmen baca gazında yüksek konsantrasyonlarda CO2 ile sonuçlanan oksi-yakıt yanmasını test ediyor ve bu da toplam karbonun yakalanmasını sağlıyor.
Sonuçta; teknoloji ve inovasyondan yararlanmak, daha fazla yatırımın yanı sıra statüko ile çok rahat hale gelen şirketler için zihniyette bir değişiklik gerektirecektir. Birçok çimento oyuncusu, ortaklıklara güvenmeye veya diğer ekosistem türlerinde faaliyet göstermeye alışkın değildir. Beş ila on yıllık inovasyon zaman çizelgeleriyle, bu şirketler kendilerini daha önce başlayanları yakalayabilmek için büyük bir koşuşturma içinde bulabilirler.
Yeni büyüme ufukları
Sürdürülebilirlik; endüstriyi yeni iş modelleri, ortaklıklar ve yapılandırma yaklaşımları yoluyla büyüme arayışına iten bir katalizör rolü taşıyor. Çimento esaslı beton; küresel anlamda en çok tercih edilen inşaat malzemesi olmaya devam edecektir, ancak bölgesel ve yerel düzeylerde “sürdürülebilir inşaat” değer zincirlerinin ortaya çıkması muhtemeldir ve bu da birçok kurumsal portföyün yeniden yönlendirilmesini gerektirmektedir.
Birleşik Krallık’ta, örneğin, inşaat ve yıkım atıklarından geri dönüştürülmüş malzeme, betondaki agregaların yerini almak için giderek daha fazla kullanılmaktadır. Çimento üreticileri, atık geri dönüşüm işini yerel inşaat şirketlerine kaptırarak fırsatı yakalamakta yavaş kalmıştır.
Bu arada, diğer pazarlarda, geleneksel çimento, daha az karbon salan ve üretmek için daha az enerji gerektiren gelişmiş bir çeşitlilikle (enerjik olarak değiştirilmiş çimento (EMC)) rekabet edebilir. EMC, Teksas’taki çeşitli projeler için zaten (geleneksel çimento ile birlikte) kullanılmıştır.
Diğer fırsatlar çimento ve betonun ötesindedir. Alternatif yapı malzemeleri ve diğer yaklaşımlar, çimento endüstrisinin karbondan arındırılmasında önemli bir rol oynayacaktır, ancak emisyonları ne kadar azaltacağına dair büyük bir belirsizlik devam etmektedir.
Örneğin, CLT zaten birçok pazarda kullanılmaktadır ve yeşil bir malzeme olarak kabul edilmiştir. Çimentoların yaklaşık yüzde 10’unun CLT ile değiştirilmesi durumunda, karbon emisyonları her yıl 750 milyon ton kadar azaltılacaktır (küresel emisyonların yaklaşık yüzde 2’si).
Diğer ilave yöntemler, prefabrik/modüler konut ve BIM’i içermektedir. Daha fazla şeffaflık; daha az atık ve muhtemelen gerekli çimento veya beton miktarında bir azalma anlamına gelmektedir. Gerçekten de, dijital teknoloji çimento endüstrisinin karbondan arındırma çabalarını destekliyor ve büyüme zorluklarına olumlu katkıda bulunuyor.
Sonuç
Endüstrinin karbondan arındırma (dekarbonizasyon) çabalarına öncülük etmeyi ümit eden şirketler, ileriye doğru en iyi yolu belirlemeli, doğru teknolojik gelişmeleri takip etmeli ve ürünlerini, portföylerini ve ortaklıklarını yeniden düşünmelidir. Bununla birlikte, mevcut karbon ayak izine yapılan yatırımlarla ilgili kararlar vermek zor olmaya devam edecektir. Olası çözümler arasında bir azaltma eğrisi oluşturmak, farklı senaryolar oluşturmak ve farklı senaryoların sonuçlarına dayanarak kararların tetiklenmesini sağlayan bir yol haritası oluşturmak yer alıyor.
Karbondan arındırma seçeneklerinin iki yönlü sistematik olarak değerlendirilmesi mevcut yöntemlerde şeffaflık sağlayabilir ve diğer endüstriler veya sektörlerle iş birliği içinde yenilikleri teşvik ederken kullanıma sunulmasını hızlandırabilir. Bu, tesise özgü değerlendirmeler ve ısı haritaları ve azaltma eğrileri oluşturmanın yanı sıra yeni kurulan şirketlerle, diğer değer zinciri oyuncularıyla veya devlet kurumlarıyla yerel ekosistem ortaklıklarının değerlendirilmesini de içerir.
Değer havuzlarındaki değişimleri anlamak için çimento oyuncuları, sürdürülebilir bina çözümlerinin değerini yakalamak için gelecekteki hedef portföyü ve iş modeli sonuçları hakkında bir vizyon geliştirmelidir.
Bununla birlikte, böyle bir stratejinin başarısı, liderlerin mevcut çalışma biçimini yeniden düşünmeyi teşvik eden, kuruluş çapında bir zihniyet değişikliğine ulaşma yeteneklerine bağlıdır. Bu nedenle liderler, tüm organizasyonu karbondan arındırma yolculuğunda teşvik etmenin en iyi yollarını düşünmelidir.
Kaynak: McKinsey – Laying the foundation for zero-carbon cement
BetonveCimento.com için Patreon üzerinden destekte bulunmak ister misiniz?
İnş.Yük.Müh. olan Yasin Engin, lisans ve yüksek lisans eğitimini Boğaziçi Üniversitesi'nde tamamlamıştır. 16 yıldır beton ve çimento sektöründe çalışmaktadır. Web sitesindeki tüm yayınlar Yasin Engin tarafından paylaşım amacıyla hazırlanmıştır. Yayınlar kaynak gösterilerek kullanılabilmektedir.
(yasin.engin@gmail.com)
