Проблема декарбонизации в секторах с высокой сложностью сокращения выбросов

(Март 2026 г.) – Начало 2026 года ознаменовало вступление в силу финальной фазы механизма CBAM (Carbon Border Adjustment Mechanism – Механизм трансграничной углеродной корректировки), который распространяет на импортируемые товары логику углеродного ценообразования, уже лежащую в основе Системы торговли квотами на выбросы ЕС (EU Emissions Trading System), пока ограниченной европейским пространством. Такая политика управления выбросами, в частности выбросами парниковых газов (GHG, Greenhouse Gas Emissions), подчеркивает важность поиска новых решений, направленных на декарбонизацию, для отраслей с высокой сложностью сокращения выбросов. Одновременно в этой перспективе принципиальное значение приобретают решения, позволяющие повышать ценность отходов самой промышленности, надлежащим образом повторно используя их в качестве сырья.

В керамической промышленности, где уже предприняты значительные усилия по сокращению выбросов и повышению устойчивости, все более важную роль неизбежно приобретают инновационные решения, направленные на декарбонизацию существующей производственной системы и дальнейшее развитие уже значительной циркулярности отрасли.

В этом контексте был создан проект CCS4CER — Carbon Capture Storage and CO₂ Mineralization for Ceramic Industry, финансируемый за счет европейских фондов региона Эмилия-Романья в рамках программы PR-FESR 2021–2027, направление 1 «Исследования, инновации и конкурентоспособность», действие 1.1.2 (www.ccs4cer.it/).

Проект CCS4CER сейчас находится в активной фазе третьего года работы и уже демонстрирует конкретные результаты как в исследовании технологических решений, направленных на поглощение углекислого газа, так и в повышении ценности основного промышленного отхода, который сегодня характерен для керамической отрасли и других энергоемких производств: отработанной извести, образующейся в рукавных фильтрах, используемых для очистки дымовых газов обжига, поступающих из печей, от кислотных примесей. Проект, координируемый Центром керамики, опирается на сотрудничество высокоспециализированных лабораторий Сети высоких технологий региона Эмилия-Романья — CIRI-FRAME (Болонский университет), LEAP (Миланский политехнический университет) и Romagna Tech, — а также на участие компаний керамического кластера (Ascot Gruppo Ceramiche, Panariagroup Industrie Ceramiche S.p.A. и SACMI Cooperativa Meccanici Imola S.C.).

Прежде всего была проведена кампания по отбору образцов отработанной извести, взятых на различных керамических предприятиях, после чего была выполнена их полная физико-химическая характеристика. Способность этих отходов связывать CO₂ зависит от содержания в образце непрореагировавшего Ca(OH)₂, который может существенно варьироваться в зависимости от протоколов очистки кислых газов, применяемых на разных предприятиях. Наблюдаемая изменчивость в проанализированных образцах показывает довольно высокую способность к связыванию CO₂, которая находится в диапазоне 190–390 г CO₂ на кг отхода. Отобранные материалы различного состава были использованы для испытаний по минерализации CO₂ в wet-процессах (система твердое–жидкость–газ) периодического (batch) и полунепрерывного типа на разных масштабах.

В ходе исследования были изучены различные условия реакции, включая изменение рабочего давления, расхода и состава газа, содержащего CO₂, а также концентрации суспензии и типа конкретного отхода.

Профили реакции, полученные при непрерывном анализе потребления CO₂ во времени, позволили изучить кинетику процесса, показав, что основными факторами, влияющими на эффективность минерализации отработанной извести в wet-процессах, являются соотношение жидкость–твердое, поток CO₂ и время реакции. Полученные данные также продемонстрировали, что удаление CO₂ из газового потока с минерализацией данного типа отходов оказывается очень эффективным даже в мягких условиях (при низкой температуре и давлении), а также при разбавленном содержании CO₂.

Проведенные до настоящего времени испытания показывают, что минерализация снижает выделение загрязняющих веществ из отработанной извести, которая в проведенных тестах переклассифицировалась из опасных специальных отходов в неопасные, при этом достигаются значительные преимущества даже при простом захоронении на свалке.

Затем было изучено повторное использование отработанной извести, прошедшей процесс минерализации, в составе цементных вяжущих, с целью превратить отход одной промышленной отрасли в ресурс для другой. Цементная отрасль уже давно активно ищет решения, направленные на сокращение содержания клинкера и уменьшение экологического воздействия своей продукции. Было изучено использование минерализованного материала как филлера в качестве замены природного известняка (для портландцементов на известняке), так и в составе нового класса цементов с пониженным экологическим воздействием, включающего известняк и обожженную глину (LC3, Limestone Calcined Clay Cement). Результаты испытаний показывают, что поведение минерализованного продукта в цементных растворах полностью сопоставимо с чистым известняком как по механическим свойствам, так и по физико-химическим характеристикам, а в растворах на основе LC3 это даже может приводить к улучшению эксплуатационных характеристик. Также подтверждается, что в цементных растворах снижается выщелачивание потенциально присутствующих тяжелых металлов из исходной отработанной извести.

Для оценки технологий улавливания CO₂ из дымовых газов керамических процессов было проведено моделирование с использованием промышленных данных, рассматривая предприятие, производящее 10 000 м² плитки в день (толщина 1 см). Без систем улавливания выбранное предприятие потребляет 10,3 МВт_PCI природного газа и выбрасывает 18 тыс. т CO₂ в год. Декарбонизация производственного процесса осуществляется с помощью топливных элементов на расплавленных карбонатах (MCFC), которые позволяют как удалять CO₂ из дымовых газов керамического производства, так и генерировать декарбонизированную электроэнергию, необходимую для питания систем сжатия уловленного CO₂. Работая при температуре около 600 °C, топливные элементы MCFC могут быть интегрированы в процесс, повышая энергетическую эффективность, но одновременно увеличивая сложность технологической установки. Производительность топливных элементов была сопоставлена с процессом химического абсорбирования на основе аминов и с электрификацией процессов, которая заменяет сжигание природного газа. Технико-экономический анализ показывает, что решение с использованием растворителей достигает уровня улавливания CO₂ в 90%, однако обладает наиболее высокими затратами на декарбонизацию среди рассмотренных вариантов из-за неблагоприятных масштабных факторов. Система с MCFC снижает выбросы CO₂ на 84% и снижает потребление природного газа до 9,4 МВт_PCI. Электрификация обеспечивает снижение выбросов CO₂ на 94%, оставляя только CO₂, выделяющийся при реакциях обжига, но требует существенных изменений в установках и использования 11,3 МВт электроэнергии. Оба решения приводят к увеличению стоимости плитки на 0,7–1,2 €/м², что соответствует росту производственных расходов на 8–22% в зависимости от качества продукции и цен на энергию.

Авторы:

Riccardo Pascolo и Elisa Franzoni, Центр керамики, Сассуоло, Модена
Maria Chiara Bignozzi, Департамент гражданской, химической, экологической и материаловедческой инженерии, Болонья
Annamaria Catalano, Alessandro Allegri и Stefania Albonetti, CIRI-FRAME, Болонский университет, Департамент промышленной химии, Болонья
Roberto Scaccabarozzi, Лаборатория «Энергия и окружающая среда» (LEAP), Пьяченца
Letizia Cretola, Миланский политехнический университет, Департамент энергетики, Милан