A Indústria Cimenteira apresenta uma situação única relativamente às suas emissões: A descarbonatação (o principal processo de produção de clínquer, através do qual as matérias-primas emitem CO₂) representa cerca de 60 % das emissões de gases com efeito de estufa (GEE), e a utilização de combustíveis 40 %.

No Roteiro para a Neutralidade Carbónica na Indústria do Cimento, lançado em 2018 pela Agência Internacional de Energia 1, estão definidas 4 estratégias para desacoplar o crescimento da produção de cimento, previsto para os próximos anos, das emissões diretas de CO₂ associadas:

• Melhorar a eficiência energética;
• Mudar para combustíveis menos intensivos em carbono;
• Reduzir a razão clínquer/cimento;
• Implementar tecnologias emergentes e inovadoras, tais como a captura e utilização de carbono.

Os esforços implementados pela indústria para o cumprimento das metas de eficiência energética são, no entanto, contrariados pelos requisitos energéticos adicionais associados à utilização de outras tecnologias de mitigação das emissões de carbono.

Uma maior utilização de combustíveis alternativos (de 6 para 30 % em 2050 previstos no cenário de 2 °C (2DS - 2 degree scenario) do Roteiro para a Neutralidade Carbónica na Indústria do Cimento), que tipicamente apresentam menores poderes caloríficos, irá resultar num aumento do consumo térmico específico do clínquer (0,11 GJ/t de clínquer adicionais globalmente em 2050).

A redução do rácio clínquer/cimento poderá também incorrer num consumo adicional de energia, como a necessidade de calcinar as argilas utilizadas como constituintes do cimento, estimando-se que resulte em quase 0,35 GJ/t de clínquer adicional globalmente produzido até 2050 no 2DS, ou cerca de 11 % da intensidade energética térmica média global do clínquer nesse ano.

A integração de equipamento de captura de carbono em fábricas de cimento previstas no cenário 2DS conduzirá igualmente a uma procura adicional de eletricidade e utilização de energia térmica, estando a utilização de energia térmica associada às tecnologias de captura pós-combustão para regenerar o adsorvente saturado. Por exemplo, de acordo com o cenário 2DS, a captura de CO₂ das fábricas de cimento resultará num aumento global de 15 – 19 kWh/t de cimento ou 19 – 24 % da intensidade elétrica na sua produção em 2050. As regulamentações ambientais para reduzir a poeira e as emissões de óxidos de azoto e dióxido de enxofre também conduzem a níveis mais elevados de consumo de eletricidade específica do cimento, uma vez que é necessária eletricidade adicional para operar equipamentos que evitem ou reduzam as emissões.

Outra medida que contribui para a redução das emissões de CO₂ e que está em fase de estudo para ser implementada em algumas fábricas de produção de cimento portuguesas, é a produção de energia elétrica para autoconsumo recorrendo a fontes de energia renováveis, mais concretamente, centrais térmicas solares (Concentrated Solar Power).

Indústria 4.0

A indústria 4.0 é também referida como a 4ª Revolução Industrial. O termo abrange a atual tendência de digitalização e transferência de dados na tecnologia de automação e fabrico. De acordo com um relatório da Boston Consulting Group 2, existem cinco áreas da indústria 4.0 que apresentam um grande potencial para as fabricas produtoras de cimento atuais:

Manutenção preditiva baseada em análise de dados

A manutenção preditiva permite evitar tempos de paragem prolongados, ao evitar danos desnecessários nos equipamentos, melhorando a eficiência operacional e reduzindo os custos de manutenção. Envolve a instalação de sensores de monitorização em equipamentos críticos, que permitem a construção de um histórico das condições de funcionamento, tais como vibração, temperatura e pressão. Em seguida, algoritmos de machine learning analisam os dados e executam simulações para descobrir as causas de falhas passadas, prevendo o risco de falha para cada máquina.

Otimização end-to-end via digital twin

A criação de modelos digitais das unidades de produção (digital twin) possibilita a simulação do processo de produção de uma forma simplificada e dinâmica, permitindo gerar cenários que mudam com cada etapa e variável do processo e propor as configurações ideais do equipamento para atingir os objetivos de produção ao menor custo possível. Acoplados a softwares de Inteligência Artificial, os sistemas aprendem e melhoram com cada experiência, podendo fazer previsões ou tomar decisões com base em dados sem serem reprogramados.

Análise preditiva da qualidade

Os modelos preditivos de qualidade podem permitir a uma empresa prever com precisão a qualidade do cimento em tempo real em qualquer ponto do processo de produção, reduzindo as despesas excessivas que são típicas dos esforços para atingir os objetivos de qualidade.

Otimização da utilização de combustíveis alternativos

A recolha de dados sobre a composição química e desempenho do forno em diferentes configurações de combustível, bem como informações sobre os efeitos dos gases de escape na temperatura e composição do ar nas áreas do aquecedor e pré-aquecedor, permite criar modelos de previsão do poder calorífico e simular os potenciais resultados e custos caloríficos da utilização de combustíveis alternativos. Através da implementação de algoritmos de machine learning, podem-se ajustar as misturas de combustíveis alternativos no forno conforme necessário, garantindo um resultado de qualidade ótimo para um determinado nível de custos.

Torre de controlo integrada

A grande parte das fábricas de cimento atuais monitorizam o processo de fabrico a partir de várias salas de controlo, e todos os ajustes e decisões são tomadas pelas pessoas nas salas de controlo à medida que reagem a mudanças nas variáveis dos equipamentos e do processo. Em contraste, uma torre de controlo integrada pode manter em funcionamento toda a instalação de monitorização remota das condições dos equipamentos, prevendo falhas, planeando operações de manutenção e escolhendo as definições e os inputs ótimos do processo de produção.