2.2.1 Вопросы методологии

При производстве цемента CO₂ образуется в процессе получения клинкера - зернистого промежуточного продукта, который затем тонко измельчают вместе с небольшой пропорцией сульфата кальция [гипса (CaSO₄-2H₂O) или ангидрита (CaSO₄)] и получают гидравлический цемент (обычно портланд). В процессе производства клинкера известняк, который преимущественно состоит из карбоната (CaCO₃), нагревают (или кальцинируют) и получают известь (CaO) и побочный продукт CO₂. CaO затем взаимодействует с оксидом кремния (SiO₂), оксидом алюминия (Al₂O₃) и оксидом железа (Fe₂O₃) сырьевых материалов с образованием клинкерных минералов (главным образом, силикатов кальция). Пропорция карбонатов, отличных от CaCO_3, в составе сырья, как правило, очень мала. Другие карбонаты (если они присутствуют) являются в основном примесями известняка. Присутствие небольшого количества MgO (обычно 1 - 2%) в клинкерном процессе полезно, поскольку он работает как флюс, но более высокие количества могут приводить к проблемам с цементом. Цемент можно изготавливать целиком из импортного (или привезенного из другого региона) клинкера, в этом случае можно считать, что цементное предприятие дает нулевые выбросы CO₂, связанные с процессом. Цементная пыль (ЦП) может образовываться в процессе изготовления клинкера. Оценка выбросов должна учитывать выбросы, связанные с ЦП.

При производстве кладочного цемента не происходит никаких дополнительных выбросов. Если кладочный цемент получают добавлением извести к портландцементу (или клинкеру), то выбросы, связанные с известью, должны быть учтены в графе производство извести. Добавление размолотого известняка к портландцементу или клинкеру для получения кладочного цемента не приводит к дополнительным выбросам.

2.2.1.1 Выбор метода

Если отсутствуют региональные данные о производстве клинкера, необходимо собрать данные о производстве цемента по типам, а также данные о ввозе в регион и вывозе из региона клинкера и использовать метод уровня 1 для оценки выбросов.

В методе уровня 1 оценка выбросов основана на оценке объемов производства клинкера, которая выполняется исходя из объемов производства цемента с коррекцией на ввоз в регион и вывоз из региона клинкера. Оценка выбросов на основании только объемов производства цемента (т.е. применение коэффициента выбросов прямо к количеству выпущенного цемента без предварительной оценки производства клинкера) не приемлема в эффективной практике, поскольку не учитывает ввоз в регион и вывоз из региона клинкера.

В методе уровня 2 выбросы оценивают исходя из объемов производства клинкера (но не из объемов производства клинкера, выведенных исходя из объемов производства цемента) и регионального, национального или принятого по умолчанию коэффициента выбросов. В Российской Федерации производство клинкера учитывается национальной статистикой. Эти данные должны учитываться региональными органами Росстата. Поэтому оценка выбросов по методу уровня 2 будет не только более точной, но и существенно менее трудоемкой.

Если данная категория является ключевой для региона, оценка выбросов должна быть выполнена с использованием методов уровня 2 или 3.

Для уровней 2 и 3 следует также вносить поправку на ЦП. Уровень 2 включает дополнительную поправку на выбросы, связанные с ЦП, не возвращаемой в обжиговую печь.

Если на предприятии установлена и используется технология улавливания CO₂, то в эффективной практике следует вычитать количество улавливаемого CO₂ в расчетах выбросов более высокого уровня. По умолчанию считается, что CO₂ не улавливается и не размещается на хранение. Любая методика, которая учитывает улавливание CO₂, должна принимать во внимание, что выбросы CO₂, улавливаемые при производстве, могут быть связаны как со сжиганием, так и с технологическим процессом. Если необходимо проводить отдельный учет выбросов от промышленных процессов и от сжигания (например, для производства цемента), то составители кадастра должны гарантировать, что одни и те же количества CO₂ не были учтены дважды. В таких случаях общее количество улавливаемого CO₂ лучше указывать в соответствующих категориях сжигания топлива и категориях источников ППИП пропорционально количествам CO₂, произведенным в этих категориях источников.

Метод уровня 1: оценка производства клинкера по производству цемента

Как было отмечено выше, расчет выбросов CO₂ на основании объемов производства цемента (т.е. с использованием постоянного коэффициента выбросов, привязанного к цементу) не приемлем в эффективной практике. При отсутствии данных о загрузке карбоната или региональных данных о производстве клинкера, для оценки производства клинкера можно использовать данные о производстве цемента, учитывая при этом количества и типы произведенного цемента, а также содержание в нем клинкера и делая поправку на ввоз и вывоз клинкера из региона. Учет ввоза и вывоза клинкера очень важен для оценки выбросов от этого источника. Выбросы от производства клинкера, произведенного в другом регионе или стране, не должны включаться в региональную оценку выбросов, поскольку эти выбросы были произведены и должны быть учтены в другом регионе или стране. Аналогично, выбросы от клинкера, который был вывезен из региона, должны быть включены в региональную оценку выбросов того региона, где этот клинкер был произведен. Затем применяется коэффициент выбросов для производства клинкера, и выбросы CO₂ рассчитывают по уравнению:

Уравнение 2.1

Уровень 1: оценка выбросов на основании производства цемента

где:

Выбросы CO₂ - выбросы CO₂ от производства цемента, тонны;

M_ci - вес (масса) произведенного цемента типа i, тонны;

C_cli - фракция клинкера в цементе типа i, дробь;

Im - ввоз в регион клинкера, тонны;

Ex - вывоз из региона клинкера, тонны;

EF_clc - коэффициент выбросов для клинкера, тонны CO₂/тонну клинкера.

Коэффициент выбросов, принятый по умолчанию, скорректирован на ЦП

Метод уровня 2: использование данных о производстве клинкера

Если полные и подробные данные (включая веса и составы) о карбонатах, израсходованных для производства клинкера не известны (уровень 3) или если строгий подход уровня 3 кажется неудобным по какой-либо другой причине, то для оценки выбросов по правилам эффективной практики используют групповые данные о производстве клинкера на уровне завода или региона и данные о содержании CaO в клинкере, выраженные в виде коэффициента выбросов, по следующему уравнению 2.2:

Уравнение 2.2

Уровень 2: оценка выбросов на основании данных

о производстве клинкера

Выбросы CO₂ = M_cl · EF_cl · CF_ckd,

где:

Выбросы CO₂ - выбросы CO₂ от производства цемента, тонны;

M_cl - вес (масса) произведенного клинкера, тонны;

EF_cl - коэффициент выбросов для клинкера, тонны CO₂/тонну клинкера. Этот коэффициент выбросов для клинкера не скорректирован на ЦП;

CF_ckd = поправочный коэффициент выбросов для ЦП, относительные единицы (см. уравнение 2.5).

Метод уровня 2 основывается на следующих допущениях относительно производства цемента и клинкера:

1. Преобладающую часть гидравлического цемента составляет - портландцемент или аналогичный цемент, для которого требуется клинкер.

2. Содержание CaO в составе клинкера строго ограничено, а содержание MgO очень низкое.

3. Заводы, как правило, могут контролировать в жестких пределах содержание CaO в загрузке сырья и в клинкере.

4. Даже если для завода выпуск клинкера рассчитывают, а не измеряют напрямую, то несмотря на это, по данным аудита, обычно наблюдается хорошее соответствие между этими двумя результатами.

5. Содержание CaO в клинкере, выпущенном на конкретном заводе, практически не меняется на протяжении многих лет.

6. Основным источником CaO для большинства заводов является CaCO₃, и можно легко определить количества любых некарбонатных источников CaO, по крайней мере, на уровне завода (см. раздел 2.2.1.2 далее).

7. При производстве клинкера достигается 100% (или очень близкое к 100%) кальцинирование исходного карбонатного материала, включая (обычно в меньшей степени) материальную потерю в системе в виде ЦП, не возвращаемой в процесс.

8. Заводские пылесборники очень хорошо улавливают всю ЦП, однако этот материал не обязательно возвращается в обжиговую печь.

Метод уровня 3: использование данных о карбонатах загрузки

Метод уровня 3 приведен в Руководящих принципах МГЭИК (Межправительственная, 2006).

2.2.1.2 Выбор коэффициентов выбросов метод уровня 1

Для уровня 1 в рамках эффективной практики используют допущение о том, что клинкер по умолчанию содержит 65% CaO, что 100% CaO происходит от карбонатного материала, и применяют 2% поправочный коэффициент на ЦП (подробное обсуждение относительно ЦП см. в описании метода уровня 2 далее).

Таким образом, по умолчанию, 1 тонна клинкера содержит 0,65 тонн СаО из CaCO₃. Этот карбонат состоит из 56,03 вес% СаО и 43,97 вес% CO₂ (таблица 2.1). Количество CaCO₃, необходимое для производства 0,65 тонн CaO, (X) равно: X = 0,65 / 0,5603 = 1,1601 тонн CaCO₃ (без округления). Количество CO₂, выделившегося при кальцинировании этого CaCO₃ = 1,1601 · 0,4397 = 0,5101 тонн CO₂ (без округления). Принимая поправку в виде дополнительных 2 процентов к расчетному количеству ЦП, получаем округленное значение коэффициента выбросов по умолчанию (EF_clc):

Уравнение 2.3

Коэффициент выбросов для клинкера

EF_clc = 0,51 · 1,02 (поправка на ЦП) =

= 0,52 тонн CO₂/тонн клинкера.

В уровне 1 EF_clc по умолчанию включает поправку на ЦП. Это отличается от EF_cl для уровня 2, в котором ЦП не учитывается. EF_cl следует умножить на поправочный коэффициент CF_ckd (см. уравнение 2.4), чтобы получить комбинированный EF для клинкера и ЦП.

Метод уровня 2:

Коэффициент выбросов для клинкера (EF_cl).

В методе уровня 2, если известны региональные данные о содержании CaO в клинкере и о потреблении некарбонатных источников CaO, то по правилам эффективной практики рассчитывают коэффициент выбросов CO₂ для клинкера, специфичный для конкретного региона. Как отмечалось выше, для расчета коэффициента выбросов для клинкера необходимо знать содержание CaO в клинкере, а также долю CaO, которая перешла из карбонатного источника (обычно CaCO₃). Содержание CaO в клинкере обычно составляет от 60 до 67 процентов. На отдельно взятом заводе содержание CaO обычно остается стабильным в пределах 1 - 2 процентов. Базовый коэффициент выбросов по умолчанию (рекомендованный для уровня 1) основан на допущении о том, что клинкер на 65% состоит из CaO, что 100% CaO было получено из CaCO₃ и что при обжиге достигается 100% кальцинирование.

Базовый (т.е. не скорректированный на ЦП) коэффициент выбросов (0,51) в уравнении 2.3 означает, что клинкер содержит 65% CaO. Аналогичный расчет можно выполнить для других значений содержания CaO в клинкере. Например, для клинкера с 60% содержанием CaO, целиком полученного из CaCO₃, EF_cl (без поправки на ЦП) равен 0,47 и для клинкера с 67% содержанием CaCO₃ - EF_cl = 0,53.

Если известно, что значительная часть CaO происходит из некарбонатного источника (например, из металлургического шлака или зольной пыли), то следует сначала вычесть этот компонент CaO. Например, если 4% СаО в клинкере, содержащем 65% CaO, получено из шлака, то CaO из карбоната составляет 61%, и расчет дает EF_cl = 0,48.

В кадастре выбросов парниковых газов Российской Федерации выполнена оценка национального коэффициента выбросов CO₂ от производства клинкера на основании средневзвешенного содержания CaO в клинкере российского производства. Содержание CaO в клинкере российского производства определялось на основании данных о содержании CaO в клинкере, полученных от 19 из 52 действовавших в 2010 г. цементных заводов с долей в производстве клинкера, составляющей 61% суммарного производства клинкера в Российской Федерации. Среднее значение содержания CaO в клинкере рассчитывалось как средневзвешенное с учетом объемов производства клинкера на заводах. Среднее значение содержания CaO в клинкере составляет 65,6%, что соответствует коэффициенту выбросов CO₂, равному 0,5154 тонны CO₂/тонну клинкера (без поправки на ЦП) (Российская, 2006 -...). Это значение коэффициента выбросов является наиболее предпочтительным для использования в региональных оценках выбросов от производства цемента при отсутствии данных о содержании CaO в клинкере, произведенном на цементных заводах региона.

Коэффициент выбросов по умолчанию не включает поправку на MgO. На каждый 1 процент MgO, полученный из карбоната, коэффициент выбросов равен дополнительным 0,011 тоннам CO₂/тонну клинкера (т.е. EF_cl = 0,510 + 0,011 = 0,52 тонн CO₂/тонну клинкера). Поскольку MgO также может быть получен из некарбонатного источника и поскольку содержание MgO в портландцементе весьма низкое, то реальное количество MgO из карбоната, по-видимому, очень незначительно. Поскольку допущение о том, что источником CaO на 100% является карбонат, уже дает завышенную оценку выбросов (вероятно, имеется какой-то небольшой вклад CaO от некарбонатных источников) и поскольку некоторое количество MgO, по-видимому, было произведено из некарбонатного источника, то поправка на MgO не требуется для расчетов 2-го уровня. О неопределенностях, связанных с этими предположениями, см. таблицу 2.3.

Поправочный коэффициент для выбросов цементной пыли (CF_ckd).

Пыль может образовываться в различных частях линии обжига для получения клинкера. Состав этой пыли может меняться в зависимости от того, где она образуется, но вся она определяется термином "цементная пыль" (ЦП). ЦП состоит из частиц, производных от сырьевых материалов, при этом исходный карбонатный компонент пыли может быть частично кальцинирован. Цементную пыль можно эффективно улавливать с помощью технологии контроля пыли и затем возвращать в обжиговую печь (что чаще встречается на практике) или ее можно сразу направлять в обжиговую печь вместе с воздухом для горения, или (после улавливания) ее можно отправлять в отходы. Степень возврата ЦП обратно в печь зависит от того, будет ли это влиять на качество клинкера (например, на избыточное содержание щелочи) или производимого из него готового цемента. В той степени, в которой потери ЦП состоят из кальцинированного сырьевого карбоната, выбросы от этого кальцинированного сырья дают прибавление к выбросам от производства клинкера в расчетах уровня 1 и 2.

Поскольку данные о количестве произведенной ЦП могут быть скудными (за исключением, возможно, отчетности на уровне завода), то оценка выбросов от потери ЦП с использованием значений по умолчанию может считаться эффективной практикой. Количество CO₂ от потерь ЦП может меняться в пределах 1,5% (дополнительного CO₂ по отношению к рассчитанному количеству CO₂ для клинкера) для современного завода или в пределах около 20% для завода, на котором теряется большое количество высоко кальцинированной ЦП. При отсутствии данных поправочный коэффициент для ЦП по умолчанию (CF_ckd) равен 1,02 (т.е. к CO₂, рассчитанному для клинкера, добавляется 2%). Если считается, что кальцинированная ЦП не теряется в системе, то поправочный коэффициент для ЦП будет 1,00.

Если данные известны, то поправочный коэффициент (CF_ckd в уравнении 2.2) для "потерянных" выбросов CO₂ можно рассчитать по уравнению 2.4.

Уравнение 2.4

Поправочный коэффициент для ЦП,

не возвращенной в обжиговую печь

CF_ckd = 1 + (M_d / M_cl) · C_d · F_d · (EF_c / EF_cl),

где:

CF_ckd = поправочный коэффициент для выбросов ЦП, относительные единицы;

M_d = вес ЦП, не возвращенной в обжиговую печь, тонны;

M_cl = вес произведенного клинкера, тонны;

C_d = доля исходного карбоната в составе ЦП (т.е. перед кальцинированием), дробь;

F_d = доля кальцинированного исходного карбоната в составе ЦП, дробь;

EF_c = коэффициент выбросов для карбоната (таблица 2.1) тонны CO₂/тонну карбоната;

EF_cl = коэффициент выбросов для клинкера без поправки на ЦП (т.е. 0,51 тонны; CO₂/тонну клинкера), тонны CO₂/тонну клинкера.

Примечания: Предполагается, что 100% ЦП уловлено в первый раз. Если какое-то количество ЦП улетает в атмосферу, то должна быть сделана оценка этого количества и включена в M_d.

Можно сделать допущение о том, что исходный карбонат целиком состоит из CaCO₃ и что пропорция исходного карбоната в составе ЦП та же самая, что в исходной смеси, загружаемой в обжиговую печь.

Например, если M_d / M_cl = 0,2, C_d = 0,85, F_d = 0,5, исходный карбонат целиком состоит из CaCO₃ (следовательно, EF_cl = 0,4397 тонн CO₂/тонну карбоната), EF_cl по умолчанию = 0,51 тонны CO₂/тонну клинкера, то CF_ckd = 1,073 (без округления) - то это дает около 7% выбросов дополнительно к количеству CO₂, рассчитанному только для клинкера.

2.2.1.3 Выбор данных о деятельности

Метод уровня 1

Для уровня 1 следует собрать данные о типах производимого цемента и о доле клинкера в составе цемента с целью оценки производства клинкера на уровне региона. Самая большая часть производимого в мире гидравлического цемента - это либо портландцемент, либо смешанные (композитные) цементы на основе портландцемента (т.е. портландцемент (или клинкер) плюс пуццолановые или вяжущие добавки), либо цементы кладочного типа (портландцемент плюс пластифицирующие материалы, такие как молотый известняк). Если производство цемента невозможно разгруппировать по типам цемента и если есть основания полагать, что помимо портландцемента производятся значительные количества смешанных и/или кладочных цементов, то в эффективной практике можно сделать допущение о том, что суммарная фракция клинкера составляет 75%. Если известно, что почти весь производимый цемент - это портландцемент, то в эффективной практике по умолчанию считают, что клинкер составляет 95%. К сожалению, даже если типы производимого в регионе цемента известны, фракция клинкера в цементе может значительно меняться в пределах одного типа смешанного или кладочного цемента. В таблице 2.2 представлены пределы содержания клинкера в различных цементах. Необходимо четко документировать все допущения относительно состава цемента и фракции клинкера, которые были использованы при оценке выбросов.

Таблица 2.2

ДОЛЯ КЛИНКЕРА В СМЕШАНОМ ЦЕМЕНТЕ "RECIPES" И ОБЩЕМ

АССОРТИМЕНТЕ ПРОДУКЦИИ (НА ОСНОВАНИИ СТАНДАРТОВ США ASTM

C-150 И C-595; ДАННЫЕ ДЛЯ США МОГУТ БЫТЬ ИСПОЛЬЗОВАНЫ

В КАЧЕСТВЕ ПРИМЕРА ДЛЯ ДРУГИХ СТРАН И РЕГИОНОВ)

В методе уровня 1 также необходимо вводить поправку на ввоз в регион и вывоз из региона клинкера.

Метод уровня 2

Для метода уровня 2 необходимо собрать данные о производстве клинкера. Эффективной практикой считается сбор данных о производстве клинкера непосредственно из региональных статистик или, еще лучше, от отдельных предприятий. Также предполагается, что составители кадастра будут собирать информацию о содержании CaO в клинкере и о доле этого CaO, полученной из карбоната. Если доступны данные о CaO из некарбонатных источников (например, из шлаков и зольной пыли), то такой СаО не должен включаться в содержание CaO в клинкере, которое используется для расчета выбросов. По возможности следует собирать данные о количестве собранной ЦП и количестве возвращенной в цикл ЦП на заводах, а также данные о типичном составе ЦП и степени кальцинирования ЦП. Сбор данных от отдельных производителей (если они полные), в отличие от использования статистических данных, снизит неопределенность оценки, поскольку эти данные будут учитывать изменения на уровне заводов.

2.2.1.4 Полнота

При расчетах по методу уровня 1 необходимо делать поправку на ввоз и вывоз клинкера из региона. Если этого не делать, то полученная оценка выбросов от производства цемента будет завышенной или заниженной.

Данные о производстве клинкера имеются в региональных органах Росстата; кроме того, их можно собрать на предприятиях - производителях цемента. В настоящее время в России работают около 60 цементных заводов.

Также необходимо проанализировать вероятность двойного учета. Например, составители кадастра должны просмотреть статистики, использованные для оценки выбросов от категории "Другие процессы с использованием карбонатов", чтобы выбросы, учтенные в этой категории источника, не включали использование этих карбонатов в цементном производстве. Если карбонаты используются для производства цемента, то выбросы должны учитываться в графе "Производство цемента". Наконец, в этой категории источников необходимо включать только выбросы от производства цемента, связанные с процессом. Для того чтобы избежать двойного учета, в эффективной практике выбросы, связанные со сжиганием, учитывают в разделе "Энергетика".