tot 100 % secundaire brandstoffen

De basisgrondstof voor cement, portlandcementklinker, wordt gemaakt in een oven, een lange draaiende stalen buis die van binnen bekleed is met hittebestendige stenen. Doordat de oven draait en licht schuin staat, beweegt een mengsel van fijngemalen kalksteen en klei zich langzaam van het begin naar het einde van de oven, richting een vlam met een lengte van meer dan 10 meter en een temperatuur van meer dan 1800 °C. Het mengsel van kalksteen en klei warmt hierbij langzaam op tot ongeveer 1.450 °C. Bij die hoge temperatuur kan het belangrijkste klinkermineraal C₃S gevormd worden, waaraan modern cement z’n snelle sterkte-ontwikkeling te danken heeft.

Meer dan de helft van de CO₂ die vrijkomt bij de cementproductie is afkomstig van de kalksteen. Tijdens het verhitten in de oven wordt eerst kalksteen omgezet in CaO en CO₂. De CaO, vrije kalk genoemd, reageert vervolgens in de oven met silicium uit de klei tot de klinkermineralen C₂S en vooral C₃S.

Voor het verhitten van de grondstoffen tot 1450 °C is zeer veel energie nodig, die traditioneel afkomstig is van fossiele brandstoffen. Wanneer volledig gebruik gemaakt wordt van fossiele brandstoffen, zoals steenkool of gas, draagt de verbranding hiervan ongeveer een derde bij aan de totale CO₂-emissie door de productie van portlandcementklinker.

Er wordt onderzoek gedaan naar gebruik van CO₂-neutrale en hernieuwbare energie voor het verhitten van cementovens, waaronder gebruik van groene waterstof en gebruik van groene stroom. Met waterstof zijn al op industriële schaal succesvolle proeven gedaan. Voor de komende jaren is vanwege de beschikbaarheid echter vooral de inzet van secundaire brandstoffen zeer geschikt om de CO₂-emissies te verlagen en daar wordt dan ook vol op ingezet.

Verbranding van secundaire brandstoffen bij de productie van portlandcementklinker begon in Europa in 1990 en wordt inmiddels op grote schaal toegepast in de cementindustrie. Het aandeel aan secundaire brandstoffen neemt nog steeds toe, van 17 % in 2007 tot 52 % in 2020. Ruim de helft van de benodigde thermische energie is dus afkomstig van secundaire brandstoffen, waarvan grofweg 2/3 niet recyclebare restproducten en afval betreft en 1/3 biomassa afval. Het biomassa afval wordt als CO₂-neutraal beschouwd en telt daarom niet mee voor de benodigde emissierechten binnen het ETS-systeem. Voor het niet recyclebare afval moeten wel emissierechten worden ingeleverd, maar omdat fossiele brandstoffen worden vervangen is er desondanks natuurlijk wel forse milieuwinst, waar we verderop dieper in zullen gaan.

Er zijn sinds 2023 al meerdere cementfabrieken in Europa die fossiele brandstoffen volledig hebben vervangen door secundaire brandstoffen en veel bedrijven zitten al rond 90 % vervanging van fossiele brandstoffen.

Doordat het bij een cementoven gaat om een zeer robuust proces met zeer hoge temperaturen en een relatief lange verblijftijd, zijn veel materialen geschikt om toe te passen als brandstof. Het afval moet natuurlijk wel een voldoende hoge calorische waarde hebben en de asresten mogen geen negatieve invloed hebben op de kwaliteit van de klinker. Veel gebruikte afvalstromen zijn autobanden, rubber, papierafval en -slib, houtresten, olie, waterzuiveringsslib, oplosmiddelen en kunststoffen.

Voor kunststofcomposiet, een glasvezelversterkte kunststof, is verbranding in een cementoven de meest duurzame verwerking. Kunststofcomposiet wordt veel toegepast, denk aan de wieken van windmolens en boten maar ook in de bouw, maar voor de recycling aan het einde van de levensduur is er nog geen permanente oplossing. Naar schatting wordt 40 tot 70 % van kunststofcomposiet daarom nu nog gestort of verbrand zonder energieterugwinning.

Bij de inzet van afvalstromen in een cementoven is er niet alleen sprake van verbranding maar ook van nuttig gebruik van de asresten voor de productie van portlandcementklinker. Behalve als alternatief voor brandstof vervangen afvalstoffen met een hoge asrest dus voor een deel de primaire grondstoffen die nodig zijn zoals kalksteen en klei. Zo levert waterzuiveringsslib bijvoorbeeld kalk en silicium, autobanden leveren ijzer en kunststofcomposiet levert silicium. Uiteindelijk moeten we naar een volledig circulaire en dus afvalvrije maatschappij, maar tot dan levert deze co-processing een nuttige bijdrage aan de verwerking van afval terwijl tegelijkertijd de CO₂-emissie wordt verlaagd.

Het gebruik van secundaire brandstoffen heeft meerdere voordelen voor het milieu:

1. Er wordt bespaard op fossiele brandstoffen.
2. De verbrandingsenergie wordt in een cementoven veel efficiënter benut dan bij een afvalenergiecentrale. De verbranding vindt tenslotte direct in de te verhitten oven plaats; er hoeft niet water te worden verhit om stoom op te wekken om een turbine te laten draaien om elektriciteit te produceren. En uiteraard is het nog veel beter dan het storten van afval.
3. Door de veel hogere verbrandingstemperatuur ontstaan er in een cementoven minder schadelijke stoffen dan in een afvalenergiecentrale.
4. Asresten, met name silicium-, calcium-, ijzer- en aluminiumoxiden, komen niet terecht in AVI-bodemas maar worden nuttig onderdeel van de portlandcementklinker. Er ontstaat dus minder afval.

Vanwege de vele milieuvoordelen is de inzet van secundaire brandstoffen een belangrijk onderdeel van de route naar klimaatneutraal cement en beton. Zonder bijzondere innovaties of nieuwe technieken is het mogelijk om in Europa op termijn gemiddeld meer dan 90 % van de fossiele brandstoffen te vervangen bij de productie van portlandcementklinker.