Impacto ambiental de la industria cementera, poniendo en valor la monitorización

PUNTOS DESTACADOS

• El impacto ambiental de la industria cementera se hace especialmente patente en la liberación de partículas en suspensión (PM₁₀, PM₄, PM_2.5 y PM₁), emitiendo de igual forma otras sustancias como óxidos de nitrógeno o dióxido de azufre.
• La huella de carbono del cemento también es un aspecto a consideran, ya que se trata de una industria con unos requerimiento energéticos muy elevados que a día de hoy solo pueden ser satisfechos por los combustibles fósiles.
• Un ejemplo claro de los beneficios que aporta la monitorización de la calidad del aire en el entorno de las cementeras es el proyecto desarrollado por Kunak en la planta de la empresa CEMEX en Monterrey (México).
• La producción de cemento representa aproximadamente el 7% de las emisiones globales de CO₂, lo que subraya la necesidad de encontrar formas de reducir su impacto ambiental para promover un desarrollo más sostenible.
• Las emisiones de la industria del cemento afectan negativamente al medio ambiente y a la salud humana, por tanto es preciso tener un control sobre las mismas.

 

La producción de cemento es una de las actividades más importantes de la economía mundial. Al fin y al cabo, de este material y del hormigón, uno de sus principales derivados, dependen las grandes construcciones e infraestructuras que hacen posible el desarrollo urbano.

Sin embargo, esta actividad productiva puede generar diversos problemas sobre el entorno. Así, es habitual que el impacto ambiental de la industria cementera se deje sentir tanto en la extracción de las materias primas como en los procesos fabriles propiamente dichos. Y uno de los principales medios receptores de esos impactos es la atmósfera, razón por la que nuestras soluciones adquieren una especial relevancia. 

 

Análisis del impacto ambiental del cemento

El cemento es un material indispensable para la construcción, pero también es uno de los más contaminantes. Su producción genera una gran cantidad de emisiones de gases de efecto invernadero, como el dióxido de carbono (CO₂), otros contaminantes como óxidos de nitrógeno (NO_x), dióxido de azufre (SO₂), cloruros y fluoruros, emisiones de COV y metales pesados, así como partículas en suspensión (PM₁₀, PM₄, PM_2.5 y PM₁) que afectan a la calidad del aire y a la salud de las personas. En este artículo, analizaremos el impacto ambiental del cemento, sus causas y consecuencias, y algunas posibles soluciones para reducirlo.

 

¿Cuánto contamina la producción de cemento?

La producción de cemento es responsable de aproximadamente el 8% de las emisiones globales de CO₂, según un estudio (4) publicado por la revista Nature. Esto se debe principalmente a dos factores: el uso de combustibles fósiles para generar el calor necesario para la fabricación del clínker, el componente principal del cemento, y las reacciones químicas que liberan CO₂ al calcinar la piedra caliza, el principal ingrediente del clinker.

Según un estudio realizado en Ecuador, la producción de una tonelada de cemento requiere 3.191,95 MJ de energía y genera emisiones de 510,57 kg de CO₂. Las contribuciones dominantes en energía se deben al consumo de caliza, fuel oil y electricidad. El proceso unitario que genera mayor impacto es la producción del clínker, tanto por las reacciones químicas que se producen en el horno como por su consumo de combustible.

Además de las emisiones de CO₂, la producción de cemento también genera emisiones de partículas a la atmósfera y provienen de la combustión de los combustibles, de la manipulación de las materias primas y de los procesos de molienda y almacenamiento del cemento. Según la Organización Mundial de la Salud (OMS), la exposición a las partículas puede causar enfermedades respiratorias y cardiovasculares, cáncer de pulmón y muerte prematura (5).

 

¿Cómo minimizar el impacto de la construcción en el medio ambiente?

Una de las formas de reducir el impacto ambiental del cemento es disminuir la demanda de este material, optando por alternativas más sostenibles, como la madera, el bambú, la paja o los materiales reciclados. Estos materiales tienen una menor huella de carbono, un menor consumo de energía y agua, y una mayor capacidad de aislamiento térmico y acústico.

Otra forma de reducir el impacto ambiental del cemento es mejorar la eficiencia energética de su producción, utilizando fuentes de energía renovables, como la solar, la eólica o la hidroeléctrica, y optimizando el uso de los recursos y los procesos. Por ejemplo, se puede aprovechar el calor residual de los hornos para generar electricidad o para calentar agua, se puede reciclar el agua utilizada en el enfriamiento del clínker o se puede reducir el tamaño de las partículas para facilitar su transporte y almacenamiento.

Una tercera forma de reducir el impacto ambiental del cemento es disminuir el contenido de clínker en el cemento, sustituyéndolo por otros materiales que tengan propiedades similares o mejores, como las cenizas volantes, el metacaolín, las escorias de alto horno o los geopolímeros. Estos materiales se denominan cementos híbridos, y tienen la ventaja de reducir el factor clínker , es decir, la proporción de clínker en el cemento, lo que implica una menor emisión de CO₂ y una mayor resistencia mecánica.

Pero todas estas medidas de reducción del impacto ambiental, se deben poder cuantificar de alguna forma. Para ello, es preciso contar con sistemas de monitorización y control de las emisiones, tales como los ofrecidos por Kunak.

 

¿Qué daños puede causar el cemento?

El cemento no solo tiene un impacto ambiental negativo en su producción, sino también en su uso y en su disposición final. El cemento puede causar daños tanto en el medio natural como en el medio urbano, afectando a la biodiversidad, al paisaje, al patrimonio cultural y a la calidad de vida de las personas.

Uno de los daños que puede causar el cemento es la impermeabilización del suelo, es decir, la pérdida de su capacidad de infiltrar y retener el agua. Esto puede provocar problemas de escorrentía, erosión, inundaciones, sequías, desertificación y contaminación de las aguas superficiales y subterráneas. El cemento consume casi una décima parte del uso de agua industrial, y el 75% de este consumo se da en regiones que sufren sequías.

Otro de los daños que puede causar el cemento es la alteración del clima local y global, debido a la emisión de gases de efecto invernadero y al efecto isla de calor urbano. Este efecto consiste en el aumento de la temperatura en las zonas urbanas respecto a las zonas rurales, debido a la absorción y emisión de calor por parte de las superficies artificiales, como el asfalto, el hormigón o el metal. Este efecto puede tener consecuencias negativas sobre la salud humana, el consumo energético, la calidad del aire y la biodiversidad.

Un tercer daño que puede causar el cemento es la degradación del patrimonio cultural y natural, debido a la construcción de infraestructuras y edificaciones que no respetan el entorno, la historia y la identidad de los lugares. El cemento puede provocar la pérdida de valores estéticos, históricos, arqueológicos, paisajísticos y ecológicos, así como la homogeneización y la banalización de la arquitectura y el urbanismo.

 

¿Cuánto CO₂ produce el cemento?

El cemento es uno de los principales responsables de la emisión de CO₂, el gas de efecto invernadero más abundante y más implicado en el cambio climático. Según un informe de la Agencia Internacional de la Energía (AIE), el sector del cemento emitió 2,2 gigatoneladas (Gt) de CO₂ en 2018, lo que representa el 7% de las emisiones globales de este gas.

La mayor parte de estas emisiones se deben a la producción de clínker, el componente principal del cemento, que requiere una temperatura de unos 1.450°C para su fabricación. Esta temperatura se consigue mediante la combustión de combustibles fósiles, como el carbón, el petróleo o el gas natural, que liberan CO₂ al quemarse. Además, la calcinación de la piedra caliza, el principal ingrediente del clinker, también libera CO₂ al descomponerse el carbonato de calcio (CaCO₃) en óxido de calcio (CaO) y CO₂.

Según la AIE, la producción de una tonelada de clínker genera unas 0,9 toneladas de CO₂, de las cuales el 60% proviene de la calcinación de la caliza y el 40% de la combustión de los combustibles. Por tanto, la producción de una tonelada de cemento, que contiene un 65% de clínker de media, genera unas 0,6 toneladas de CO₂.

 

¿Por qué es recomendable monitorizar la calidad del aire en el entorno de una fábrica cementera?

El cemento es un material pulverulento formado a partir de una mezcla de caliza, pizarra, margas, etc. Su fabricación requiere de la extracción de materias primas en una cantera, que se transforman mediante un procedimiento que incluye operaciones de trituración, calcinación en potentes hornos o molienda.

Pero este proceso fabril, como describimos más adelante, libera gases contaminantes y partículas en suspensión que pueden generar molestias sobre la población.

 

La idoneidad de la medición de la calidad del aire a través de un caso práctico

CEMEX, uno de los principales fabricantes de cemento del mundo, desarrolla una política proactiva que busca resolver con antelación los posibles problemas que puede generar su actividad productiva. Por esta razón, se puso en contacto con Kunak para diseñar el despliegue de una solución que permitiera proteger la salud de la población y del personal laboral de sus instalaciones, así como velar por la conservación del entorno natural.

El sistema que se estimó como más adecuado fue la instalación de un anillo perimetral de monitorización en su planta de producción de Monterrey (México).

Esta multinacional mexicana lleva varios años realizando importantes inversiones en materia de sostenibilidad, así que esta medida no es sino una continuación en su compromiso con el bienestar de la población local, el personal trabajador y el cumplimiento de la normativa ambiental.

Las innovadoras tecnologías y la excelente calidad del dato que en este sentido proporcionan soluciones como nuestro Kunak AIR Pro terminan marcando la diferencia y contribuyendo a una toma de decisiones más razonada.

Y los resultados, desde luego, no se han hecho esperar. En 2019, CEMEX logró una gran reducción de sus emisiones en comparación con los niveles de 2005, año cero en el que se empezó a invertir para mejorar la calidad del aire, convirtiendo a esta multinacional en un garante de la sostenibilidad y la salud humana.

 

Principales emisiones atmosféricas del cemento

Este caso práctico permite observar cómo nuestras soluciones contribuyen a evitar problemas en torno a la calidad del aire. No obstante, creemos que conviene ahondar un poco más en el tipo de contaminantes y en el impacto ambiental de la industria del cemento sobre la atmósfera.

Así, por ejemplo, entre las emisiones más habituales encontramos (1):

• Partículas en suspensión (PM₁₀, PM_2.5 y PM₁): dos de las principales fuentes de polvo son el transporte del material en camiones y las chimeneas del sistema de hornos. La instalación de filtros en las salidas de gases ha reducido, no obstante, la incidencia de este problema.
• Óxidos de nitrógeno (NO_x): se generan durante los procesos de combustión a altas temperaturas.
• Dióxido de azufre (SO₂): su liberación está determinada en gran medida por el contenido de azufre de las materias primas.
• Cloruros y fluoruros: su origen puede estar tanto en las materias primas como en los combustibles empleados durante el procedimiento de fabricación.
• Emisiones de COV, CO y NH₃: son emisiones poco significativas debido a las altas temperaturas de combustión.
• Metales pesados: pueden ser retenidos en pequeña cantidad en el clinker.

 

 

Huella de carbono: la contribución del cemento al calentamiento global

La fabricación de cemento no solo libera gases contaminantes que pueden resultar perjudiciales para la salud humana. También es un voraz consumidor de energía, necesaria para elevar la temperatura de los hornos hasta los 1400-1500 ºC requeridos. De hecho, alrededor del 11% del consumo total de energía de la industria se atribuye a este sector (2).

Una consecuencia de este proceso son las emisiones de CO₂ que contribuyen al calentamiento global. Globalmente, la producción de cemento representa cerca del 7% de las emisiones mundiales de dióxido de carbono (3).

 

Conclusión

El cemento es un material esencial para la construcción, pero también es uno de los más contaminantes. Su producción genera una gran cantidad de emisiones de CO₂ y de partículas que afectan al clima, a la calidad del aire y a la salud. Su uso y su disposición final también causan daños al suelo, al agua, al patrimonio y a la biodiversidad. Estas emisiones son una de las cuestiones más relevantes a las que este tipo de industria debe hacer frente.

Por ello, es necesario buscar formas de reducir el impacto ambiental del cemento, ya sea disminuyendo su demanda, mejorando su eficiencia o disminuyendo su contenido de clínker. De esta forma, podremos contribuir a un desarrollo más sostenible y respetuoso con el medio ambiente.

Pero su concurso es, a día de hoy, fundamental para el avance de la economía tal y como la conocemos. De hecho, si el cemento no existiera, el mundo sería muy distinto a como lo conocemos.

El secreto, a nuestro juicio, radica en aprender a combinar el crecimiento económico con la protección ambiental. En hacer uso, por ejemplo, de las mejores prácticas y tecnologías que permitan reducir las emisiones de partículas en suspensión. Y monitorizar la calidad del aire para observar los avances (o los retrocesos) va a ser una condición indispensable. 

 

 

Fuentes consultadas

• (1) European Environment Agency (2019). EMEP/EEA air pollutant emission inventory guidebook 2019. Technical guidance to prepare national emission inventories. Luxembourg: Publications Office of the European Union, 2019. ISBN 978-92-9480-098-5. Disponible en https://www.eea.europa.eu/publications/emep-eea-guidebook-2019/part-b-sectoral-guidance-chapters/2-industrial-processes/2-a-mineral-products/2-a-1-cement-production/view
• (2) Kumar Verma, Y., Mazumdar, B., & Ghosh, P. (2020). Thermal energy consumption and its conservation for a cement production unit. Environmental Engineering Research. https://doi.org/10.4491/eer.2020.111
• (3) M. El-Sayed, A., A. Faheim, A., A. Salman, A., & M. Saleh, H. (2021). Introductory Chapter: Cement Industry. Cement Industry – Optimization, Characterization And Sustainable Application. https://doi.org/10.5772/intechopen.95053
• (4) Andrew, R. (2018). Global CO2 emissions from cement production. Earth System Science Data, 10(1), 195-217. https://doi.org/10.5194/essd-10-195-2018
• (5) World Health Organization. (2018). Ambient (outdoor) air quality and health. https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/ambient-(outdoor)-air-quality-and-health
• Damtoft, J. S., Lukasik, J., Herfort, D., Sorrentino, D., & Gartner, E. M. (2008). Sustainable development and climate change initiatives. Cement and Concrete Research, 38(2), 115-127. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2007.09.008
• García-Lodeiro, I., Fernández-Jiménez, A., & Palomo, A. (2015). Cementos híbridos de bajo impacto ambiental: Reducción del factor clinker. Materiales de Construcción, 65(320), e068. https://doi.org/10.3989/mc.2015.06414
• León-Velez, A., & Guillén-Mena, V. (2020). Energía contenida y emisiones de CO2 en el proceso de fabricación del cemento en Ecuador. Ambiente Construído, 20(1), 77-88. https://doi.org/10.1590/s1678-86212020000100376
• World Economic Forum. (2019). Cement’s CO2 emissions are a big problem. Here are some solutions. https://www.weforum.org/agenda/2019/12/cement-produces-more-pollution-than-all-the-trucks-in-the-world/
• International Energy Agency. (2020). CO2 emissions from cement production. https://www.iea.org/reports/co2-emissions-from-cement-production