Réduction de CO2 dans la production de ciment

Réduction du dioxyde de carbone grâce à des clinkers à faible teneur en calcaire et au durcissement par carbonatation

Alors que l'attention du public dans la lutte contre le changement climatique et pour la réduction des émissions de CO2 se concentre souvent sur le secteur de la mobilité, les scientifiques et les entreprises se penchent sur d'autres domaines dans lesquels des réductions significatives peuvent être obtenues. L'un de ces efforts est le projet K4 - cette abréviation signifie réduction du dioxyde de carbone par le clinker à faible teneur en calcaire et durcissement par carbonatation - un processus visant à réduire les émissions de CO2 de l'industrie du ciment et du béton, qui sont actuellement égales à celles de toutes les voitures dans le monde, soit environ 8% de l'ensemble des émissions.

Les partenaires du projet

Le projet de recherche est mené en collaboration avec la nouvelle chaire de matériaux de construction minéraux de l'université technique de Munich et est financé par le BMBF. D'autres partenaires sont issus de la recherche et de l'industrie, notamment IBU-tec, Lithonplus, Kraft Curing Systems, Heidelberg Materials et l'université Friedrich-Alexander d'Erlangen-Nuremberg.

Réduction de l'utilisation de calcaire pour réduire les émissions de CO2

L'approche du projet dans le développement du procédé consiste en une stratégie de réduction globale pour la fabrication du béton, à produire des ciments en utilisant des déchets de béton recyclés et à réduire ainsi l'utilisation de calcaire, qui est responsable d'une partie des émissions. Le CO2 est fixé de manière durable dans le béton grâce au durcissement par carbonatation. L'utilisation du ciment produit sera ensuite testée en pratique dans la production de pavés en béton. Contrairement à la production de clinker de ciment traditionnel, les émissions de CO2 sont ainsi réduites pendant le processus de cuisson.

Du laboratoire au scale-up dans le four rotatif

Pour la fabrication de clinker bélitique à faible teneur en calcaire, la première étape chez IBU-tec a été le laboratoire. Différents mélanges de farine brute ont été étudiés en fonction de leur température de traitement et de leur temps de séjour dans le durcissement par carbonatation. Pour cela, nous avons pu utiliser notre four de laboratoire dynamique - un four spécialement construit qui permet de traiter l'échantillon avec un programme de chauffage et de refroidissement proche des conditions d'une installation à grande échelle. Ensuite, nous avons procédé à la caractérisation physique et chimique pour évaluer les différents éduits. Les variations dans la composition des mélanges de farine brute ont rendu nécessaire une étude détaillée à l'échelle du laboratoire, afin de pouvoir déterminer, à partir des résultats des essais, les paramètres du processus pour des essais pilotes ultérieurs dans un four rotatif à l'échelle de l'usine pilote.

Ce four rotatif destiné à la première étape du scale-up est l'une de nos installations techniques, il a une longueur chauffante d'environ sept mètres et a servi à produire des quantités d'échantillons nécessaires à l'avancement commun du projet pour différentes étapes d'essai dans l'évaluation. Après une caractérisation détaillée, les formules prometteuses ont été identifiées et utilisées pour produire des échantillons de clinker dans la même installation pilote et les évaluer à nouveau.

Résultats de nos essais

Le constat : l'approche fonctionne ! En collaboration avec nos partenaires de projet, nous avons développé et produit avec succès un clinker à teneur réduite en CO2 à l'échelle pilote. La prochaine étape consiste à poursuivre le scale-up dans une installation à plus grande échelle pilote. Nous voulons produire des quantités pilotes qui permettront de tester le clinker développé dans des produits finaux réels, pour lesquels nous avons sélectionné les formules présentant le plus grand potentiel de carbonatation. Notre installation de production est un four rotatif à chauffage direct d'une longueur d'environ douze mètres, la production débutera à l'automne et s'élèvera dans un premier temps à 10 tonnes. Le matériau qui sera alors produit devrait déjà être utilisé comme produit final dans la fabrication de pavés en béton.