Beton vormt één van de belangrijkste materiële bouwstenen van de moderne economie. Tegelijk gaat het productieproces ervan gepaard met een zeer hoge CO2-uitstoot. Dat komt vooral door de productie van cement, dat in beton wordt verwerkt.
Sinds de uitvinding van Portlandcement in de negentiende eeuw is de productie van één van de meest CO2-intensieve materialen ter wereld nauwelijks veranderd. In Nederland en andere landen wordt wel volop onderzocht hoe de CO2-intensiteit van de betonketen verlaagd kan worden, maar opschalen blijft een grote uitdaging.
Lichtpuntje is dat de Europese Commissie begin maart met nieuwe wetsvoorstellen komt in het kader van de Industrial Accelerator Act. Duurzaam cement is daarbij aangewezen als één van de basisgrondstoffen waarvoor verplichte afnamegaranties moeten komen.
De lastige vier
Ontwikkelde economieën draaien op een aantal onmisbare basisproducten. In zijn boek How The World Really Works stelt energie-expert Vaclav Smil dat het moderne leven ondenkbaar is zonder staal, beton, plastics en kunstmest. Tegelijk blijkt juist de productie van deze vier pijlers van welvaart gepaard te gaan met een hoge uitstoot van CO2 en andere broeikasgassen. Emissiereductie bij de productieprocessen van staal, beton, plastics en kunstmest behoort tot de grootste uitdagingen van deze tijd.
In een vierluik belicht Change Inc. de stand van zaken, met in dit tweede deel aandacht voor cement en beton. Deel één ging over staal.
Waarom is de productie van cement en beton zo CO2-intenstief?
De basis van beton vormt cement, met toevoeging van zand, grind en water. Cement en water werken samen als een lijm die zand en grind binden.
De productie van cement is het meest CO2-intensieve onderdeel van de betonketen. Cement wordt gemaakt door kalksteen te vermalen en vervolgens te verhitten op temperaturen van ongeveer 1.450 graden Celsius. Dat levert klinker op, een poederachtig bindmiddel. Door klinker te mengen met een paar procent gips ontstaat cement.
Naar schatting is het gebruik van fossiele brandstoffen (zoals kolen) om kalksteen te verhitten goed voor ongeveer een derde van de CO2-voetafdruk van cement. De overige uitstoot is het gevolg van de chemische reactie bij de verhitting van kalksteen, waarbij CO2 als restproduct ontstaat.
De productie van een ton cement levert naar schatting bijna 0,6 ton CO2-uitstoot op. Bij een mondiale cementproductie van ongeveer 4 miljard ton cement per jaar komt dat neer op een CO2-uitstoot van ruim 2,3 miljard ton. Dat is ongeveer 6 procent van de wereldwijde CO2-emissies als gevolg van het gebruik van fossiele brandstoffen.
Mondiale productie van cement
China is momenteel de grootste producent van cement ter wereld en neemt ongeveer de helft van de mondiale productie van 4 miljard ton voor zijn rekening.
China lijkt wel over het hoogtepunt heen van zijn bouwexpansie. De verwachting is dan ook dat de Chinese cementproductie de komende jaren gaat afnemen. De grote vraag is in hoeverre andere opkomende landen, zoals India en Indonesië, het stokje overnemen. En in hoeverre landen met veel investeringen in fysieke infrastructuur CO2-arme alternatieven voor het klassieke Portlandcement de komende jaren omarmen.
De prognoses lopen fors uiteen. Zo verwacht de World Cement Association de komende tien jaar een daling van de jaarlijkse cementproductie, van de huidige circa 4 miljard ton naar ongeveer 3,6 miljard ton in 2035. Dat staat in schril contrast met de prognose van onderzoeksbureau ResearchandMarkets, dat een stijging van de mondiale cementproductie naar 5,5 miljard ton in 2030 voorziet.
Reductie van CO2-emissies betonketen
In een analyse van de Global Cement and Concrete Association (GCCA) over het pad richting netto nul uitstoot voor de betonindustrie, is de onzekerheid over verduurzaming goed terug te zien. Het startpunt voor de betonindustrie als geheel is een CO2-uitstoot van zo’n 2,7 miljard ton in 2020, waarvan cement ongeveer 90 procent voor z’n rekening neemt.
In het ‘business as usual’-scenario, dus zonder extra maatregelen voor emissiereductie, stijgt de uitstoot van de sector tot 3,8 miljard ton CO2 in 2050. In het netto nul-scenario zorgt een reeks maatregelen ervoor dat de betonindustrie over vijfentwintig jaar klimaatneutraal is.
Credits: GCCA
Bij de maatregelen die moeten zorgen voor een lagere uitstoot wordt een forse rol toegekend aan het afvangen, opslaan en/of hergebruiken van CO2 bij de productie (het paarse vlak). Dat moet in 2050 ruim 1,5 miljard ton CO2-uitstoot per jaar neutraliseren.
Daarnaast verwacht de sector veel van innovaties die het gebruik van beton in gebouwen kunnen terugdringen, onder meer door andere materialen te gebruiken. Samen met een efficiëntere productie van beton moet dat 1 miljard ton aan CO2-op jaarbasis gaan schelen. Innovaties en efficiëntieslagen bij de klinker- en cementproductie moeten over vijfentwintig jaar zorgen voor een CO2-emissiereductie van bijna een miljard ton per jaar.
Cement en beton in Nederland
Hoe is de situatie in Nederland? Heidelberg Materials heeft grote productielocaties voor cement in IJmuiden en Rotterdam, met een totale productiecapaciteit van 2 miljoen ton cement op jaarbasis.
Toch verbruiken we meer dan dat. Jaarlijks wordt volgens het Cement & Beton Centrum ongeveer 5 miljoen ton cement gebruikt, waarvan een flink deel wordt geïmporteerd. Dat verbruik gaat volgens het Cement & Beton Centrum gepaard met een CO2-uitstoot van ongeveer 2,7 miljoen ton per jaar, ofwel een kleine 2 procent van de totale CO2-emissies van Nederland.
De emissie-intensiteit van het in Nederland gebruikte cement is met 0,54 ton CO2 per ton cement relatief laag. De reden hiervoor is dat het in Nederland veelgebruikte hoogovencement relatief weinig klinker bevat. In IJmuiden worden hiervoor zogenoemde hoogovenslakken gebruikt, met een lagere CO2-voetafdruk.
Twee jaar geleden is voor de hele betonketen in Nederland een routekaart opgesteld om tot forse CO2-reductie in 2050 te komen. In 2030 moet de jaarlijkse CO2-uitstoot van de betonsector zijn gedaald naar 2,1 miljoen ton, ten opzichte van 4,25 miljoen ton in 1990.
In de periode tussen 2017 en 2030 is een achttal maatregelen voorzien voor de CO2-reductie van de Nederlandse betonketen. De grootste bijdrage moet komen van de afvang, opslag en het hergebruik van CO2. De verwachting hierbij is dat geïmporteerd cement uit fabrieken in Duitsland en België een lagere CO2-voetafdruk krijgt. In die landen wordt momenteel stevig ingezet op het afvangen van CO2.
Een ander deel van de emissiereductie komt door het feit dat cementsteen de eigenschap heeft om CO2 uit de lucht aan zich te binden en vast te leggen. Via dit proces van carbonatatie wordt een deel van de CO2-uitstoot van de productie weer teniet gedaan.
Verder hoopt de industrie met gebouwontwerpen die minder beton vereisen, het gebruik van alternatieve klinkersoorten en de optimalisatie van de betonsamenstelling tot verdere emissiereductie te komen. De verschillende maatregelen en hun impact zijn in de grafiek hieronder uitgesplitst.
Innovaties om betonproductie te verduurzamen
In de wereld van cement en beton wordt inmiddels op vrij grote schaal geëxperimenteerd met baanbrekende innovaties.
Een potentieel interessante route is elektrificatie van het verhittingsproces van kalksteen om klinker te maken. Als dat met elektrische ovens wordt gedaan die draaien op hernieuwbare energie, kunnen flinke stappen worden gezet met emissiereductie. Op Europees niveau lopen er samenwerkingen tussen verschillende industriepartijen met pilotprojecten.
Daarnaast werken veel partijen aan alternatieve materialen die klinker deels kunnen vervangen als bindmiddel. In Nederland wordt onder meer gekeken naar geopolymeerbeton als alternatief voor traditioneel cementbeton.
De vraag is vooral of dit soort alternatieven snel genoeg en kostenefficiënt kan opschalen om de enorme productievolumes van cement en beton te evenaren. In Europa kan er een belangrijke impuls komen van de Industrial Accellerator Act, die begin maart door de Europese Commissie wordt gepresenteerd. Cement is daarbij aangewezen als één van de basismaterialen waarvoor het gebruik van CO2-arme varianten verplicht wordt gesteld. Hier valt relatief veel te winnen, want cementproductie is goed voor een CO2-uitstoot van ruim 100 miljoen ton per jaar in de Europese Unie.
