Produção de clínquer: promovendo a eficiência energética e a redução das emissões

O concreto é utilizado há milhares de anos e teve grande influência na construção ao longo das civilizações. As primeiras versões remontam a 7.000 a.C., com vestígios visíveis em estruturas da Grécia Antiga, Egito e Roma.

Hoje, o concreto é usado em casas, pontes e arranha-céus em todo o mundo. É o segundo material mais usado na Terra depois da água.

O cimento é o ingrediente principal do concreto e atua como a cola que une os componentes da mistura. À medida que a população global cresce, a demanda por moradia e infraestrutura continua aumentando, estimulando o consumo de concreto.

No centro da fabricação do cimento está o clínquer, o material intermediário formado dentro do forno a altas temperaturas. A formação do clínquer consome muita energia e é responsável pela maior parte da pegada de carbono do cimento. A produção de cimento gera cerca de 7% a 8% das emissões globais de CO₂, ou aproximadamente 2,5 bilhões de toneladas por ano.

As fábricas de cimento enfrentam uma pressão cada vez maior para melhorar a eficiência energética, reduzir as emissões e manter relatórios de conformidade confiáveis. À medida que combustíveis alternativos e metas operacionais mais rigorosas se tornam mais comuns, a operação estável do forno e do pré-aquecedor se torna crítica.

Pequenas instabilidades do processo podem aumentar o consumo de combustível, elevar as emissões e tornar o desempenho mais difícil de controlar.

Esta página destaca padrões comuns de instabilidade na produção de cimento e indica orientações práticas sobre a operação do forno, o desempenho do pré-aquecedor e o monitoramento de emissões.

De acordo com o “Concrete Future Roadmap” (mapa do futuro do cimento) da GCCA, o setor global de cimento e concreto se comprometeu com uma trajetória de emissões líquidas zero, alinhada com a meta de limitar o aquecimento global a 1,5 °C. Essa meta dá ainda mais ênfase à produção de clínquer, que é a maior fonte de emissões de dióxido de carbono na cadeia de valor do cimento.

A pressão regulatória também está aumentando: o mapa da GCCA tem como meta uma redução de 20% nas emissões de CO₂ por tonelada de cimento até 2030, com a ambição de longo prazo de produzir concreto com emissões líquidas zero até 2050. Ao mesmo tempo, limites mais rigorosos de emissão de CO₂, NOx, SO₂, HCl e poeira estão sendo implementados em diversas regiões, o que exerce maior pressão sobre as fábricas para que mantenham uma operação estável e bem controlada.

Embora a moagem do clínquer consuma cerca de um terço da energia total necessária para a produção de cimento , a maioria dos desafios relacionados à descarbonização tem uma origem mais profunda no sistema do forno. Aumentar a eficiência nessa área reduz diretamente tanto o consumo de energia quanto as emissões do processo.

Atualmente, as fábricas de cimento em todo o mundo estão tomando medidas rumo à descarbonização para acompanhar a evolução das políticas climáticas. A dificuldade reside no fato de que a maior parte dessas emissões se origina no interior do forno, do calcinador e do pré-aquecedor, onde as condições são de calor extremo, muita poeira e agressividade química. Esse ambiente torna a medição contínua e o controle estável inerentemente desafiadores, mesmo com as expectativas regulatórias em relação à consistência e ao desempenho em emissões continuando a aumentar.

A manutenção de uma produção estável de clínquer exige o controle contínuo de diversas áreas do processo que influenciam diretamente o rendimento, o consumo de energia, as emissões e a qualidade do produto. Isso inclui:

A variabilidade dos combustíveis alternativos, flutuações térmicas e variações de tiragem costumam ter origem no forno. O monitoramento rigoroso do perfil térmico do forno e da temperatura da zona de sinterização ajuda a evitar perturbações no processo, a manter a estabilidade do forno e a garantir a qualidade consistente do clínquer. Soluções avançadas de medição projetadas para o ambiente adverso dos fornos fornecem os dados confiáveis necessários para um controle eficaz.

O aumento gradual da queda de pressão (ΔP), incrustações, entrada de ar falso e fluxo irregular da farinha podem aumentar a demanda térmica e reduzir a eficiência do processo. A identificação precoce desses problemas ajuda a estabilizar a operação do pré-aquecedor e minimizar as perdas de energia.

Medições precisas de O₂, CO, NOₓ e SO₂ são essenciais para manter a confiança do controle do processo, dos relatórios de emissões e das iniciativas de descarbonização. Dados de emissões de alta qualidade ajudam as fábricas a manter a conformidade ao mesmo tempo em que identificam oportunidades para reduzir a intensidade das emissões de carbono.

A produção de clínquer tem muito pouca tolerância a desvios. Mesmo quando a linha de tendência da variável de processo parece estável, pequenas variações na temperatura, na tiragem, no ΔP do pré-aquecedor ou nos sinais de análise de gás podem, discretamente, tirar o processo de sua janela ideal.

Esses efeitos tornam-se ainda mais evidentes à medida que as fábricas aumentam o uso de combustíveis alternativos ou ajustam as condições de operação para atender aos requisitos de descarbonização. Os fluxos de combustíveis alternativos costumam variar em termos de umidade, tamanho das partículas e poder calorífico, o que causa flutuações na combustão que dificultam a estabilização do forno. Outras mudanças causadas pela conformidade — como a redução das configurações do queimador de NOₓ ou o maior rigor das metas de oxigênio — também podem perturbar o processo se a precisão das medições não for mantida.

Nesse contexto, medições confiáveis tornam-se a base para uma produção de clínquer eficiente e em conformidade. Quando o comportamento térmico, a hidráulica do ciclone e os sinais de emissões permanecem previsíveis, os operadores podem operar mais próximo das condições ideais, evitar a queima excessiva e manter perfis de emissões mais justificáveis. Fortalecer a estabilidade ao longo da linha de clínquer reduz o consumo de energia, diminui a intensidade das emissões de CO₂ e ajuda a preservar a margem de conformidade da fábrica.

Esta seção esclarece dúvidas comuns sobre a eficiência de produção de clínquer, a estabilidade do processo e a redução de emissões. Aqui, explicamos como os combustíveis alternativos, as medições confiáveis e a análise de gases contribuem para uma operação em conformidade e com eficiência energética.