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Diretrizes Gerais do Livro de Descarbonização das Indústrias Cimenteiras

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O principal desafio enfrentado pela indústria de cimento é reduzir as emissões de CO2 ao mesmo tempo em que atende à demanda global. As necessidades de infraestrutura das economias em desenvolvimento exigem o desenvolvimento e a implantação globais de novas tecnologias de redução de emissões para o setor. 
O tamanho do mercado de cimento foi avaliado em US$ 342,99 bilhões em 2023. A indústria de cimento deve crescer de US$ 360,14 bilhões em 2024 para US$ 526,8 bilhões até 2032, exibindo uma taxa de crescimento anual composta (CAGR) de 4,87% durante o período previsto (2024-2032). 
O mercado de cimento está testemunhando um crescimento substancial devido a vários fatores determinantes. Um fator significativo é a urbanização e o desenvolvimento de infraestrutura em andamento, especialmente em economias emergentes. A demanda da indústria da construção por cimento continua robusta, apoiando a expansão do mercado. 
Além disso, iniciativas de sustentabilidade e práticas de construção ecologicamente corretas levaram ao desenvolvimento de formulações inovadoras de cimento, alinhando-se às regulamentações ambientais. A adaptabilidade do mercado às tendências de construção em mudança e a necessidade contínua de cimento em projetos residenciais e comerciais contribuem para seu crescimento sustentado. Como o setor de construção continua sendo um importante impulsionador econômico, o mercado de cimento está pronto para expansão contínua. 
O aumento nas atividades de construção em países em desenvolvimento surgiu como um impulsionador fundamental para o mercado de cimento. Os países em desenvolvimento estão passando por uma rápida urbanização e desenvolvimento de infraestrutura, levando a um aumento na demanda por cimento como um material de construção fundamental. 
Esse crescimento pode ser atribuído a vários fatores-chave. Primeiro, o crescimento populacional e a urbanização estão remodelando o cenário dos países em desenvolvimento. À medida que mais pessoas migram de áreas rurais para cidades, a demanda por moradias, edifícios comerciais e projetos de infraestrutura, como estradas e pontes, está aumentando. 
Essa tendência de urbanização é particularmente pronunciada em países como Índia, China, Brasil e várias nações africanas. Consequentemente, o consumo de cimento aumentou para atender às necessidades dessas populações urbanas em expansão. Em segundo lugar, iniciativas governamentais e investimentos em desenvolvimento de infraestrutura estão desempenhando um papel significativo na propulsão de atividades de construção. Muitos países em desenvolvimento estão buscando ativamente projetos de infraestrutura para impulsionar seu crescimento econômico e melhorar os padrões de vida. 
Essas iniciativas geralmente envolvem a construção de rodovias, aeroportos, portos e serviços públicos, todos os quais exigem quantidades substanciais de cimento. O apoio governamental na forma de financiamento, licenças e reformas regulatórias incentiva ainda mais a expansão da indústria da construção. 
Além disso, o aumento da renda disponível e uma crescente população de classe média em países em desenvolvimento contribuíram para um aumento na construção residencial e comercial. À medida que os indivíduos têm mais poder de compra, eles investem em melhores moradias e infraestrutura, impulsionando a demanda por construção baseada em cimento. 
Em 24 de abril, o China National Building Material (CNBM) Group lançou um projeto de fibra de carbono de alto desempenho com uma capacidade de produção anual de 25 mil toneladas métricas.
Os crescentes investimentos governamentais em desenvolvimento de infraestrutura estão impulsionando um crescimento significativo no mercado de cimento. À medida que os governos em todo o mundo priorizam a expansão e o aprimoramento de sua infraestrutura, a demanda por cimento aumentou, criando um cenário de mercado robusto e dinâmico. Essa tendência é alimentada principalmente pela crescente necessidade de modernização e expansão de redes de transporte, moradia e vários outros elementos essenciais de infraestrutura. 
Os governos estão reconhecendo que uma infraestrutura bem desenvolvida é crucial para o crescimento econômico e o bem-estar social, e estão comprometendo recursos substanciais para torná-la realidade. Um dos principais impulsionadores desse aumento de investimento em infraestrutura é o reconhecimento da ligação direta entre o desenvolvimento de infraestrutura e o crescimento econômico. 
A infraestrutura aprimorada não apenas melhora a qualidade de vida dos cidadãos, mas também desempenha um papel vital na atração de investimentos e no fomento do desenvolvimento econômico. 
Consequentemente, os governos estão alocando orçamentos substanciais para financiar projetos de infraestrutura em larga escala, como estradas, pontes, aeroportos, portos marítimos, ferrovias e edifícios públicos, que são consumidores significativos de cimento. Esses investimentos servem como catalisadores para o mercado de cimento, pois geram uma demanda constante por produtos de cimento e impulsionam o crescimento do setor de construção .
O mercado de cimento está atualmente passando por uma transformação notável, em grande parte impulsionada pela ênfase crescente em práticas de construção sustentáveis. 
Essa mudança de paradigma apresenta uma oportunidade atraente dentro do mercado e gira em torno da crescente demanda por edifícios verdes. Edifícios verdes , frequentemente aclamados como o futuro da indústria da construção, são meticulosamente projetados e construídos com um foco inabalável em minimizar sua pegada ambiental enquanto otimizam a eficiência energética . 
Esse compromisso abrangente com a sustentabilidade criou uma necessidade urgente de materiais de construção inovadores e ecológicos, com o cimento ocupando o centro do palco. O cimento, como um dos elementos fundamentais da construção, desempenha um papel fundamental na obtenção dos elevados objetivos dos edifícios verdes. Ao facilitar a redução das emissões de carbono e reforçar a sustentabilidade geral, essas estruturas ecologicamente conscientes estão prontas para remodelar o cenário da construção para melhor.
A intensidade direta de emissões de CO2 da produção de cimento tem permanecido praticamente estável nos últimos cinco anos, e estima-se que tenha aumentado ligeiramente (em 1%) em 2023. 
Em contraste, declínios anuais de intensidade de CO2 de 4% até 2030 são necessários para que o setor entre no caminho certo com o Cenário de Emissões Líquidas Zero até 2050 (NZE). A redução da proporção de clínquer para cimento por meio da adoção de substitutos de clínquer, melhorias contínuas na eficiência energética, adoção de combustíveis de baixo carbono, melhorias na eficiência de materiais e implantação de tecnologias inovadoras, como Captura e Armazenamento de Carbono (CCS), desempenharão um papel significativo para atingir essa meta. 
Dentro do processo de fabricação do cimento, as principais etapas do sistema são: 
a) Extração de matérias-primas; b) Britagem; c) Moagem da mistura crua; d) Homogeneização; e) Pré-aquecimento; f) Forno (Calcinação); g) Resfriamento; h) Moagem do cimento; i) Estocagem e expedição.
A matéria-prima é submetida ao processo de britagem, com o propósito de reduzir a granulometria do material. Os materiais britados, como o calcário, são encaminhados a depósitos apropriados, de onde são processados segundo as linhas de operação via seca ou via úmida. 
A fabricação de cimento é um processo complexo que começa com a mineração e depois a moagem de matérias-primas que incluem calcário e argila, até um pó fino, chamado farinha crua, que é então aquecido a uma temperatura de sinterização de até 1450 °C em um forno de cimento. Nesse processo, as ligações químicas das matérias-primas são quebradas e então são recombinadas em novos compostos. 
O resultado é chamado de clínquer, que são nódulos arredondados entre 1 mm e 25 mm de diâmetro. O clínquer é moído até um pó fino em um moinho de cimento e misturado com gesso para criar cimento. O cimento em pó é então misturado com água e agregados para formar concreto que é usado na construção.
A qualidade do clínquer depende da composição da matéria-prima, que deve ser monitorada de perto para garantir a qualidade do cimento. O excesso de cal livre, por exemplo, resulta em efeitos indesejáveis, como expansão de volume, aumento do tempo de pega ou redução da resistência. Vários sistemas laboratoriais e on-line podem ser empregados para garantir o controle do processo em cada etapa do processo de fabricação do cimento, incluindo a formação do clínquer.
1. Mineração da matéria-prima. Calcário e argila são extraídos de pedreiras por meio de perfuração da rocha e detonação de explosivos, com impacto insignificante no meio ambiente, devido à tecnologia moderna empregada.
2. Transporte da matéria-prima. Depois que as grandes rochas são fragmentadas, elas são transportadas para a usina em caminhões basculantes ou por correia transportadora.
3. Esmagamento. A pedra da pedreira é entregue por meio de calhas aos britadores, onde é reduzida por britagem ou trituração em pedaços de aproximadamente 1 ½ polegada de tamanho.
4. Pré-homogeneização. Pré-homogeneização é a mistura proporcional de diferentes tipos de argila, calcário ou qualquer outro material necessário.
5. Armazenamento de matéria-prima. Cada uma das matérias-primas é transportada separadamente para silos, onde posteriormente será adicionada em quantidades específicas de acordo com o tipo específico de cimento que está sendo produzido.
6. Moinho de matéria-prima. Isso acontece em moinhos verticais de aço, que trituram o material por meio da pressão exercida por três rolos cônicos. Que rolam sobre uma mesa de fresagem giratória. Moinhos horizontais, dentro dos quais o material é pulverizado por meio de esferas de aço, também são utilizados nessa fase.
7. Homogeneização de farinha crua. Este processo ocorre em silos equipados para obter uma mistura homogênea do material.
8. Calcinação. A calcinação é a parte central do processo, na qual enormes fornos rotativos entram em ação. Lá dentro, a 1400 graus C, a matéria-prima é transformada em clínquer: pequenos nódulos cinza-escuros de 3-4 centímetros de diâmetro.
9. Moagem de cimento. O clínquer é moído por bolas de aço de tamanhos diferentes enquanto passa pelas duas câmaras do moinho, com adição de gesso para aumentar o tempo de pega do cimento.
10. Embalagem e transporte de cimento. O cimento é então alojado em silos de armazenamento, de onde é extraído hidraulicamente ou mecanicamente e transportado para instalações onde será embalado em sacos ou fornecido a granel. Em ambos os casos, ele pode ser enviado por vagão ferroviário, caminhão cargueiro ou navio. 
Sendo assim, a fabricação do clínquer pode ser dividida dependendo da umidade das matérias-primas, sendo que os fornos via seca garantem maior eficiência energética, economia de combustíveis e menor emissão de poluentes.
No processo por via seca, a matéria-prima é convenientemente secada em uma estufa, seguida pela condução aos moinhos e silos, onde os materiais argilosos e calcários têm sua granulometria reduzida em mistura homogênea. 
São utilizados para o processo de moagem, moinhos usualmente de bolas associados em série e conjugados a separadores de peneira, ou ciclones.   
A mistura seca é então conduzida por via pneumática para os silos de homogeneização, nos quais a composição básica da mistura é quimicamente controlada e realizadas eventuais correções.
A mistura devidamente homogeneizada é armazenada em silos, até ser conduzida ao forno para a queima, onde são fundidas em um forno a temperatura de aproximadamente 1450ºC, com alta liberação de CO2. 
O resfriamento desta fusão resulta no clínquer, que moído recebe a adição de outros materiais que determina os diversos tipos de cimentos disponíveis no mercado.
A operação de queima da mistura crua eleva a temperatura a níveis necessários à transformação química que conduz a produção do clínquer, sendo o resfriamento a fase mais importante da fabricação do cimento.  
O clínquer resfriado é conduzido a depósitos apropriados, seguido pelo processo de moagem, realizada em moinhos de bola conjugados com separadores de ar. Por fim, o clínquer pulverizado é conduzido pneumaticamente para os separadores de ar, um ciclone que conduz ao moinho os grãos de maior tamanho e dirige os de menor tamanho, o cimento propriamente dito, para os silos de estocagem.
A fabricação de cimento é um processo de grande escala, exigindo quantidades consideráveis de recursos naturais, matérias-primas, combustíveis térmicos e energia elétrica. 
Os grandes consumidores de energia elétrica na fabricação de cimento são os moinhos (moinhos de cimento, de matérias-primas, de carvão) e os grandes ventiladores (predominantemente do sistema do forno e dos moinhos de cimento). O consumo específico de energia elétrica varia normalmente entre 90 e 130 kWh por tonelada de cimento..

O cimento Portland é obtido a partir da moagem do clínquer com uma ou mais formas de sulfato de cálcio, estas últimas empregadas em proporções que variam em massa de 3% a 5%, aproximadamente, com o objetivo principal de regular o tempo de pega ou endurecimento inicial do produto. O cimento Portland tem como principal constituinte o clínquer, material resultante da calcinação a aproximadamente 1450ºC. 
A calcinação do material ocorre a   partir   de   matérias-primas   como   calcário   que   corresponde   de   75   a   80%   da composição do material final e uma pequena parcela de  argila  de  20  a  25%.  
Em conjunto a esses materiais, eventualmente é  utilizado  na  composição  do  cimento corretivos químicos de natureza silicosa, aluminosa ou ferrífera, com a finalidade de proporcionar a formação de compostos hidráulicos e conferir a propriedade ligante do material.
O cimento Portland constitui-se como o produto obtido pela pulverização de clínquer, que por sua vez é constituído essencialmente de silicatos hidráulicos de cálcio, com uma certa proporção de sulfato de cálcio natural, contendo, eventualmente, adições de certas substâncias que modificam suas propriedades. 
Existem quatro etapas na fabricação do cimento Portland: (1) britagem e moagem das matérias-primas, (2) mistura dos materiais nas proporções corretas, (3) queima da mistura preparada em um forno e (4) moagem do produto queimado, conhecido como “clínquer ”, juntamente com cerca de 5 por cento de gesso (para controlar o tempo de pega do cimento). 
Todos os materiais, exceto os macios, são primeiro triturados, geralmente em duas etapas, e depois moídos, geralmente em moinhos de esferas ou tubos rotativos cilíndricos, contendo uma carga de aço.bolas de moagem . Essa moagem é feita úmida ou seca, dependendo do processo em uso, mas para moagem a seco, as matérias-primas podem primeiro precisar ser secas em secadores cilíndricos e rotativos.
Os materiais macios são decompostos por agitação vigorosa com água em moinhos de lavagem, produzindo, que passa por peneiras para remover partículas de tamanho excessivo.
Uma primeira aproximação da composição química necessária para um cimento específico é obtida por extração seletiva e controle da matéria-prima alimentada à planta de britagem e moagem. Um controle mais fino é obtido extraindo material de dois ou mais lotes contendo misturas brutas de composição ligeiramente diferente. No processo seco, essas misturas são armazenadas em silos; tanques de lama são usados no processo úmido. A mistura completa dos materiais secos nos silos é garantida pela agitação e circulação vigorosa induzida por ar comprimido . No processo úmido, os tanques de lama são agitados por meios mecânicos ou ar comprimido ou ambos. A lama, que contém 35 a 45 por cento de água, às vezes é filtrada, reduzindo o teor de água para 20 a 30 por cento, e o bolo de filtro é então alimentado ao forno. Isso reduz o consumo de combustível para queima.
Os primeiros fornos em que o cimento era queimado em lotes eram os fornos de garrafa, seguidos pelos fornos de câmara e depois pelos fornos de poço contínuo. O forno de poço em uma forma modernizada ainda é usado em alguns países, mas o meio dominante de queima é o forno rotativo. 
Esses fornos — com até 200 metros (660 pés) de comprimento e seis metros de diâmetro em plantas de processo úmido, mas mais curtos para o processo seco — consistem em uma carcaça cilíndrica de aço revestida com materiais refratários. Eles giram lentamente em um eixo que é inclinado alguns graus em relação à horizontal. A alimentação da matéria-prima, introduzida na extremidade superior, move-se lentamente para baixo do forno até a extremidade inferior, ou de queima. O combustível para a queima pode ser carvão pulverizado, óleo ou gás natural injetado através de um tubo. A temperatura na extremidade de queima varia de cerca de 1.350 a 1.550 °C (2.460 a 2.820 °F), dependendo das matérias-primas que estão sendo queimadas. 
Alguma forma de trocador de calor é comumente incorporada na extremidade traseira do forno para aumentar a transferência de calor para as matérias-primas recebidas e, assim, reduzir o calor perdido nos gases residuais. O produto queimado emerge do forno como pequenos nódulos de clínquer. Estes passam para resfriadores, onde o calor é transferido para o ar de entrada e o produto resfriado. O clínquer pode ser imediatamente moído em cimento ou armazenado em pilhas para uso posterior.
No processo semisseco, as matérias-primas, na forma de nódulos contendo de 10 a 15 por cento de água, são alimentadas em uma grelha de corrente móvel antes de passarem para o forno rotativo mais curto. Gases quentes vindos do forno são sugados através dos nódulos crus na grelha, pré-aquecendo os nódulos.
A emissão de poeira de fornos de cimento pode ser um incômodo sério. Em áreas populosas, é comum e muitas vezes obrigatório instalar supressores de ciclone, sistemas de filtro de mangas ou precipitadores eletrostáticos de poeira entre a saída do forno e a chaminé. Mais de 50 por cento das emissões da produção de cimento estão intrinsecamente ligadas à produção de clínquer e são um subproduto da reação química que impulsiona o processo atual. 
Há potencial para misturar clínquer com materiais alternativos para reduzir a necessidade do próprio clínquer e, assim, ajudar a reduzir os impactos climáticos do processo de fabricação de cimento.
As modernas plantas de cimento são equipadas com instrumentação elaborada para controle do processo de queima. Matérias-primas em algumas plantas são amostradas automaticamente, e um computador calcula e controla a composição da mistura bruta. Os maiores fornos rotativos têm saídas que excedem 5.000 toneladas por dia.
O clínquer e a quantidade necessária de gesso são moídos até um pó fino em moinhos horizontais semelhantes aos usados para moer as matérias-primas. 
O material pode passar direto pelo moinho (moagem em circuito aberto), ou o material mais grosso pode ser separado do produto moído e devolvido ao moinho para moagem adicional (moagem em circuito fechado). Às vezes, uma pequena quantidade de um auxiliar de moagem é adicionada ao material de alimentação. Para cimentos incorporadores de ar (discutidos na seção a seguir), a adição de um agente incorporador de ar é feita de forma semelhante.
O cimento acabado é bombeado pneumaticamente para silos de armazenamento , de onde é retirado para embalagem em sacos de papel ou para despacho em contêineres a granel.

Os três processos de fabricação são conhecidos como molhado,seco, e processos semissecos e são assim denominados quando as matérias-primas são moídas úmidas e alimentadas ao forno como uma pasta, moídas secas e alimentadas como um pó seco, ou moídas secas e então umedecidas para formar nódulos que são alimentados ao forno.
Estima-se que cerca de 4 a 8 por cento do dióxido de carbono (CO2)  emissões vêm da fabricação de cimento, tornando-o um grande contribuinte para o aquecimento global . Algumas das soluções para essas emissões de gases de efeito estufa são comuns a outros setores, como aumentar a eficiência energética das fábricas de cimento, substituir combustíveis fósseis por energia renovável e capturar e armazenar o CO 2 que é emitido. 
Além disso, dado que uma parcela significativa das emissões é uma parte intrínseca da produção de clínquer, novos cimentos e formulações alternativas que reduzem a necessidade de clínquer são uma área importante de foco.
Os constituintes hidráulicos mais importantes são os silicatos de cálcio , C2S e C3S. Ao misturar com água , os silicatos de cálcio reagem com moléculas de água para formar hidrato de silicato de cálcio (3CaO · 2SiO 2 · 3H 2 O) e hidróxido de cálcio (Ca[OH] 2 ). Esses compostos recebem as notações abreviadas C–S–H (representadas pela fórmula média C 3 S 2 H 3 ) e CH.
Durante o estágio inicial de hidratação, os compostos originais se dissolvem, e a dissolução de suas ligações químicas gera uma quantidade significativa de calor. Então, por razões que não são totalmente compreendidas, a hidratação para. 
Este período quiescente , ou dormente, é extremamente importante na colocação do concreto . Sem um período dormente, não haveria caminhões de cimento; o vazamento teria que ser feito imediatamente após a mistura.
Após o período de dormência (que pode durar várias horas), o cimento começa a endurecer, à medida que CH e C–S–H são produzidos. Este é o material cimentício que une cimento e concreto. 
À medida que a hidratação prossegue, água e cimento são continuamente consumidos. Felizmente, os produtos C–S–H e CH ocupam quase o mesmo volume que o cimento e a água originais; o volume é aproximadamente conservado e a retração é administrável.
Embora as fórmulas acima tratem C–S–H como uma estequiometria específica, com a fórmula C3S 2H3 , ela não forma de forma alguma uma estrutura ordenada de composição uniforme . C–S–H é na verdade um gel amorfo com uma estequiometria altamente variável. A proporção de C para S, por exemplo, pode variar de 1:1 a 2:1, dependendo do projeto da mistura e das condições de cura.
A primeira etapa da fabricação de cimento começa na extração do calcário, principal matéria-prima, depois este material passa pela britagem para que tenha seu volume reduzido e depois para a moagem e a homogeneização a fim de se obter um material com volumes exatos.  
Este produto é moído para se obter um pó muito fino chamado de farinha ou cru, que é levado para uma torre de pré-calcinador onde é aquecido a aproximadamente 800°C e depois para um forno rotativo a 1500°C onde é formado o clínquer. 
Este produto intermediário é resfriado a menos de 100°C e moído junto com outros aditivos como escória siderúrgica, pozolanas, entre outros, para formar o cimento Portland.
O cimento tem com os constituintes fundamentais a cal (CaO), a sílica (SiO2), a alumina (Al2O3), o óxido de ferro (Fe2O3), certa proporção de magnésia (MgO) e uma pequena porcentagem de anidrido sulfúrico (SO3).  
Apresenta também em sua composição, em menores teores, impurezas, óxido de sódio, óxido de potássio e óxido de titânio. Resumidamente, a cal, sílica, alumina e óxido de ferro são os componentes essenciais do cimento Portland e constituem 95 a 96% do total na análise de óxidos.

As principais fontes de emissões no processo de fabricação do cimento Portland comum estão ligadas ao processo de calcinação e ao combustível de combustão utilizado para aquecer as matérias-primas a temperaturas de sinterização, entre 1400ºC e 1600ºC.
A análise química dos cimentos Portland resulta na determinação das proporções dos óxidos, que pode ser feita relacionando as propriedades do cimento às proporções dos silicatos e aluminatos. 
Sendo assim, a importância do conhecimento das proporções dos compostos constituintes do cimento reside na correlação existente entre estes e as propriedades finais do cimento e do concreto.
Várias organizações mundiais consideram que uma opção para tornar o cimento mais sustentável é a mistura do clínquer de cimento Portland com materiais cimentícios suplementares, contudo, o fornecimento dos MCS mais comuns, escórias e cinzas volantes, é consideravelmente limitado se comparado a produção mundial de cimento. 
As argilas calcinadas são a fonte mais promissora de MCS que podem contribuir substancialmente para reduzir o impacto ambiental do cimento. Os MCSs são conhecidos por conferir alta resistência mecânica, durabilidade, alta resistência ao ataque de sulfato e redução do consumo energético.
Os materiais cimentícios suplementares estão sendo amplamente utilizados para a substituição parcial do clínquer em combinação com outras adições minerais em novas misturas ternárias e quaternárias com fatores de clínquer muito baixos.
A fim de reduzir o consumo de energia, as emissões de CO2 e aumentar a produção, reduzindo simultaneamente o custo, os materiais cimentícios suplementares (MCS) têm sido cada vez mais utilizados como substitutos de clínquer para a produção de cimento e como substitutos de cimento para a produção de concreto.
À medida que o forno rotaciona, o material desliza e desce para zonas progressivamente mais quentes para a chama. O calor intenso provoca reações químicas que fundem parcialmente a mistura em clínquer.  A mistura pré-calcinada entra no forno a temperaturas de cerca de 1000°C.Combustíveis tais como carvão, coque de petróleo, gás, petróleo e combustíveis alternativos são acionados diretamente no forno rotativo até 2000°C para garantir que as matérias-primas atinjam temperaturas de até 1.450°C.
Clínquer é o  produto  proveniente  da  fusão  das  matérias-primas  calcário  e argila  que  são  extraídas  das  jazidas,  ou  também  chamadas  de  minas.  Onde, eventualmente também são acrescidas materiais corretivos (minério de ferro, bauxita, areia, etc.). 
A   mistura,  após   ter   passado   pelo   processo   de   britagem,   pré- homogeneização,  moagem  e  homogeneização,  podendo  ser  armazenado  em  silos. Assim, o produto que agora se encontra em estado de farinha fina após o processo de moagem, onde a granulometria é adequada para o processo de clinquerização (na fusão em  altos  fornos,  onde  passa  por  um  processo  de  alta  temperatura),  a  finura torna o material mais suscetível a capacidade de retenção de calor. . 
Deste modo, o material passa  por  um  processo  de  clinquerização,  onde  realiza-se  a  fusão  desta farinha em altos fornos ou também chamados de fornos de alta temperaturas. Por  esses  fatos,  pode-se  entender  mais  detalhadamente  o  processo  de moagem  do  material  até  o  produto  final  ter  valores  característicos  de  finura,  a importância dessa granulometria para o cimento é dada pela relação da finura com a trabalhabilidade do material, de modo que, o comportamento reológico e desempenho mecânico  do  cimento  em  composições  com  argamassas  e  concretos  em escala industrial, para se obter o clínquer Portland, desenvolve-se uma operação complexa que consiste na extração e britagem das matérias-primas, seguindo-se à preparação adequada da mistura crua (farinha),  isto  é,  moagem  e  homogeneização,  com  posterior  queima  por  volta  de 1450°C em forno rotativo, seguida de resfriamento no resfriador industrial.
Durante a  fabricação  do  clínquer,  deve-se  certificar  em  sua  composição química estejam contidos os óxidos principais do clínquer CaO, SiO2, Al2O3  e Fe2O3.  Quando estes  componentes  não  estão  presentes  na  mistura,  deve-se  dosar  as quantidades  de  matérias-primas  (calcário  e  argila)  em  quantidades  previamente calculadas, ponderando para que a dosagem requerida de óxidos seja atendida. Afim de garantir  o  quimismo  (proporção  específica  pré-estabelecidas  de  determinados compostos   químicos   da   mistura)   da   farinha   e   a   homogeneidade   do   clínquer, garantindo     um     material     com     características     mais     constantes     possíveis.
Muitas técnicas têm sido propostas para melhorar a questão ambiental na indústria de cimento, como: recuperação de calor residual, combustíveis e matérias-primas alternativas, melhoria da eficiência térmica e elétrica e substituição de clínquer; e dentre todas as soluções propostas, a substituição de clínquer provou ser a mais eficaz para reduzir as emissões de CO2. 
As emissões de CO2 resultantes da clinquerização podem ser substancialmente reduzidas ao aumentar o índice de substituição de clínquer.  Os cimentos convencionais com substituição de clínquer de até 30% permitem a redução de aproximadamente 15-20% das emissões de CO2.
Os combustíveis utilizados no processo de fusão do clínquer em altos fornos é  caracterizado  por  sua  alta  capacidade  de  geração  de  calor  no  processo  de combustão, por essa razão, são usados para a queima no processo de clinquerização em  alto  fornos.   
As  variedades  mais  comuns  de  combustíveis  existentes  que  foram utilizados ao longo  dos anos são carvão mineral, carvão vegetal, carvão alternativo (sustentável), óleo e coque de petróleo.
O coque de petróleo é a principal fonte energética do setor de cimento brasileiro, representando 71% dentre o total de combustível consumido pelo setor. Em segundo lugar vem a eletricidade com consumo bastante inferior, representando 13% do total no mesmo ano.  
Em relação ao perfil das fontes de emissão em energia, nota-se que não houve variação significativa nas fontes de emissão do setor de cimento sendo o coque de petróleo a principal fonte com cerca de 90% das emissões deste setor.
O coque de petróleo é um subproduto carbonáceo sólido do processo de refino de petróleo bruto. Em comparação com o carvão, o PC tem um maior poder calorífico e menor teor de cinzas, e pode ser mais barato. 
Apesar dessas vantagens, a combustão do PC como combustível autônomo para produção de energia é desafiadora devido à sua baixa inflamabilidade (atribuída ao seu baixo teor de voláteis) que pode resultar em carbono não queimado no escapamento, alto teor de enxofre que aumenta as emissões de SO x e altas concentrações de vanádio e níquel em suas cinzas que podem resultar em problemas de corrosão do lado do fogo. O problema das altas emissões de SO x pode ser resolvido por meio de tecnologias inovadoras de tratamento de gases de combustão.
O coque de petróleo (petcoke) é um produto granular semelhante ao carvão que é separado durante o refino do petróleo bruto. 
A coqueificação não é uma tecnologia nova, pois o primeiro coque moderno entrou em operação nos EUA na década de 1930, e atualmente cerca de metade das refinarias de petróleo dos EUA utilizam tecnologias de coqueificação. No entanto, as recentes atualizações nas refinarias em Detroit e Chicago, que permitem processar petróleo bruto pesado dos projetos de areias petrolíferas do Canadá, despertaram a atenção internacional devido às grandes pilhas de petcoque que se acumularam em ambientes urbanos. 
Propostas para novos oleodutos e aumentos nas entregas ferroviárias de petróleo bruto pesado sugerem que a produção de petcoque continuará a aumentar no futuro próximo. Um coqueador opera no princípio de “craqueamento” térmico, onde o calor é aplicado para quebrar grandes moléculas de hidrocarbonetos em fragmentos menores. O carbono é então removido como coque, deixando para trás os hidrocarbonetos líquidos mais valiosos. Dependendo da qualidade do petróleo bruto pesado diluído, até 30% (em peso) do material alimentador pode ser removido como coque de petróleo sólido. Este coque verde requer processamento térmico adicional, chamado calcinação, em um forno rotativo para eliminar qualquer matéria volátil residual e aumentar a porcentagem de carbono elementar. 
Aproximadamente 75% da produção mundial de coque de petróleo é utilizada como fonte de combustível, enquanto graus mais altos de coque calcinado são usados na produção de aço e dióxido de titânio e na fabricação de eletrodos de grafite usados na indústria de cimentos. Detalhes adicionais sobre o processo de coque.
O coque de petróleo é um material sólido preto hidrofóbico carbonáceo. A esmagadora maioria do coque de petróleo é uma substância vítrea dura que se assemelha ao carvão, mas uma pequena fração consiste em fibras carbonáceas. Aproximadamente 90% (em massa) do coque de petróleo é composto de carbono, enquanto hidrogênio, nitrogênio, oxigênio e enxofre constituem a maior parte do restante. 
Em geral, o coque de petróleo contém concentrações relativamente altas de silício e metais traço que podem ser usados para classificar a fonte de petróleo. A variabilidade na composição do coque de petróleo resulta de diferenças na origem do material de origem, temperaturas de coque e duração do tempo de coque. Cerca de 9% a 21% do coque verde é composto de hidrocarbonetos residuais, chamados de voláteis, que são removidos por calcinação. Os constituintes menos voláteis capturados em uma matriz de carbono endurecido incluem hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (HAPs) e metais. Os níveis de metais presentes no coque de petróleo variam dependendo das fontes, mas o níquel e o vanádio são particularmente altos e frequentemente excedem 100 ppm. Embora o coque de petróleo seja frequentemente descrito como uma substância dura semelhante ao vidro, a moagem do coque de petróleo em partículas menores pode levar à liberação de compostos voláteis (por exemplo, HAPs) e metais lixiviáveis (por exemplo, vanádio).
O coque de petróleo é um subproduto dos processos de refino do petróleo. As utilizações do coque de petróleo ocorrem nas indústrias de alumínio e aço, além da utilização em fornos nas indústrias cimenteiras.  
No processo de fusão nos fornos um fator desfavorável é a emissão de gases poluentes devido à quantidade de enxofre na composição do material, resultando em um alto custo para a empresa para controlar emissões atmosféricas prejudiciais.
Com isso, uma opção mais econômica e ambientalmente viável seria o uso materiais sustentáveis na mistura de outros tipos de combustíveis com a finalidade de ser  uma  alternativa  no  processo  de  combustão  nos  fornos  como  gerador  de  calor. 
Podendo  ser  utilizado  na  mistura  com  outros  combustíveis,  por  combustíveis  de petróleo terem melhor poder de geração de calor, podendo ter a capacidade de atingir maiores temperaturas.
A utilização de resíduos como combustível alternativo nas indústrias cimenteiras já é uma realidade em vários países e tem se mostrado uma alternativa viável para o reaproveitamento térmico da energia contida nesses materiais como também uma opção de redução dos impactos ambientais na disposição final.
Materiais como óleos residuais, plásticos, papel, pneus, borras de tinta, lodos de esgoto, combustíveis derivados de resíduos sólidos urbanos (CDR a partir de RSU), entre outros são exemplos de tipologia de resíduos que podem ser utilizados nas cimenteiras.  Resíduos utilizados como substitutos energéticos, são aqueles cujo poder calorífico pode ser utilizado para substituir o combustível utilizado no forno.
Uma característica importante na  análise  de  combustíveis  é  o  poder  calorífico,  que simboliza a quantidade de calor obtido durante o processo de combustão, na unidade de caloria por grama (cal/g) ou quilocaloria por quilograma (kcal/kg), considerando-se  seu estado sem a presença de umidade. 
O poder calorífico pode ser apresentado de duas formas: Poder Calorífico Superior (PCS) e Poder Calorífico Inferior (PCI). Ao classificá-lo, leva-se em conta se o calor liberado pela condensação da água de constituição da madeira (formada durante a combustão em razão da  presença  de  hidrogênio  na  composição  química  elementar  da  madeira)  é considerado.
O PCI considera a quantidade de hidrogênio presente na amostra e, em geral, é a escolha preferida na análise de combustíveis, podendo ser calculado a partir do conhecimento do PCS, o qual é determinado através de calorímetros. Quanto maior o PCI, maior será a quantidade de energia produzida por massa da amostra. Portanto, se for possível utilizar uma biomassa que possui maior PCI em comparação com um combustível não renovável, menor será a massa na queima e menor será seu impacto ambiental.
Além disso, o reaproveitamento de resíduos industriais para alimentação do forno e a alteração da formulação do cimento, de modo a liberar menor quantidade de CO2, podem também atenuar as emissões em cimenteiras. Os principais impactos ambientais da produção de cimento às categorias de emissões de material particulado de chaminés e poeiras fugitivas, emissões atmosféricas dos gases CO2, NOx, SO2, CO, COVs e consumo de recursos naturais como energia e matérias-primas.
A indústria de cimento brasileira é formada por 24 grupos empresariais que possuem 100 fábricas totalizando uma capacidade de produção de 100 milhões de toneladas de cimento por ano.  No cenário mundial, o Brasil está entre os maiores produtores do globo, com uma produção de aproximadamente 52 milhões de toneladas, o que o coloca na posição de 12º maior produtor no ranking internacional. 
O caminho para a neutralidade carbônica passa pela inovação em nossos processos, métodos de negócios e produtos.
O volume vendido em outubro somou 5,921 milhões de toneladas, de 5,425 milhões de toneladas registradas no mesmo mês de 2023. Em setembro deste ano, a comercialização somou 5,8 milhões de toneladas.
O Snic afirmou que o crescimento nas vendas decorre do aquecimento do mercado imobiliário, que vem sendo puxado pelo programa Minha Casa Minha Vida e por um mercado de trabalho positivo.
Com o desempenho dos últimos meses, as vendas de 2024 devem crescer cerca de 3%, para 64 milhões de toneladas, afirmou a entidade. No acumulado do ano até o mês passado, as vendas de cimento no Brasil somam 54,6 milhões de toneladas, expansão de 4,6% sobre o mesmo período de 2023.
O retorno do ciclo de alta de juros, contudo, é visto como um fator que pode determinar uma taxa de crescimento do consumo do produto em 2025 menor do que em 2024. A trajetória de alta da taxa de juros sinaliza cautela nas perspectivas da indústria brasileira para o ano de 2025.
Todas as regiões do país mostraram crescimento nas vendas de cimento, com destaque para expansão de quase 16% no Sul, após a tragédia das chuvas no Rio Grande do Sul. Enquanto isso, no Norte, cujo sistema de transporte fluvial tem sido afetado pela seca, as vendas cresceram 0,7%.

1.9.1. Emissões CO2 Indústrias de Cimentos. A fabricação de cimentos é um processo altamente intensivo em carbono devido ao uso extensivo de combustíveis fósseis. Até 2050, o setor de cimento visa alcançar a neutralidade de carbono ao longo de toda a cadeia de valor – clínquer, cimento, concreto, construção e (re)carbonatação. 
A fabricação de cimento libera CO2 por meio de duas atividades principais: uso de energia e reações de calcinação. Emissões relacionadas à energia (30-40% das emissões diretas de CO2) ocorrem quando os combustíveis térmicos, a maioria comumente carvão, são usados para aquecer um pré-calcinador e um forno rotativo.   O CO2 é liberado para a atmosfera, enquanto a cal é usada para fazer clínquer, um dos principais componentes do cimento.  
A aplicação da Análise de Fluxo de Material e Energia (AFME) fornece o quantitativo de matéria-prima e fluxos energéticos do processo produtivo.  A aplicação da AFME revelou o quantitativo total de perdas mensais na linha de produção em 1.186.600 kg, com um consumo total de 201.896 kWh de energia com base do coque e 29.754 kWh de gás natural e outros combustíveis fósseis.  Neste caso, as emissões de GEE associadas ao processo produtivo foram de 70.711 kg CO2-eq. 
A  medida que a demanda por cimento aumentou exponencialmente, também aumentaram suas emissões de gases de efeito estufa associadas. Hoje, o cimento é responsável por 6% das emissões globais de GEE. Se fosse classificado como um país, seria o quarto maior emissor do mundo, atrás apenas dos Estados Unidos, China e Índia.  
Mesmo sem uma política concertada e soluções de descarbonização de baixo custo, as emissões globais de cimento estão a caminho de atingir o pico nesta década e depois diminuir um pouco em meados do século, à medida que a população e o crescimento econômico se estabilizam na China e a demanda por nova infraestrutura cai. 
Essa é uma boa notícia, mas as emissões permanecem teimosamente altas, potencialmente crescendo novamente na segunda metade do século. Com base no Rhodium Climate Outlook, há uma incerteza considerável na gama potencial de resultados para a produção de cimento e emissões relacionadas nas próximas décadas. 
.A indústria utiliza como fonte energética proveniente do coque de petróleo, carvão e do gás natural bem como o óleo combustível, da eletricidade, do óleo diesel, e de outros derivados. 
As emissões de CO2 na fabricação de cimentos podem ser divididas em dois grupos: 
1) Emissões de combustão: emissões produzidas durante a reação exotérmica de combustão em altos-fornos entre o combustível e o comburente com o uso atualmente dos combustíveis fósseis e o coque; 
2) Emissões de processo: emissões causadas devido à decomposição dos carbonatos presentes nas matérias-primas, durante a etapa de queima, e à decomposição da matéria orgânica durante a produção.
O meio ambiente e o desenvolvimento sustentável atualmente são vistos como oportunidades, como possibilidades de crescimento e melhoria de eficiência.   
Desta forma, ainda é possível estabelecer um crescimento sustentável nas empresas através da implementação de políticas públicas e criação de conscientização em empreendedores e em sociedade. 
O processo de fabricação de cimento envolve diversas operações unitárias que consomem muita energia, incluindo extração e britagem, pré-aquecimento, calcinação e clínquer no forno e moagem fina. 
O coprocessamento no forno onde as matérias-primas (calcário, sílica e alumina, juntamente com outros ingredientes secundários) são aquecidas a ~1500 graus Celsius é o principal processo de consumo de energia (respondendo por >80% da energia). Os combustíveis fósseis são usados principalmente para esse processo, embora alguma troca de combustível seja praticada na indústria.
Plantas de fabricação avançadas já estabeleceram medidas de eficiência energética e o uso de combustíveis alternativos, enquanto a substituição de clínquer por materiais residuais/reciclados é amplamente praticada na indústria da construção para reduzir o consumo de cimento. No entanto, essas alavancas são insuficientes para atingir as metas desejadas de eficiência energética.
A eletrificação de operações unitárias na fabricação de cimento começou a receber atenção, dado que fontes renováveis de eletricidade estão se tornando mais acessíveis. O desafio é permitir os altos níveis de temperatura de processo necessários para a fabricação de cimento. A energia e os combustíveis  são alguns dos itens mais importantes no dia-a-dia de uma indústria, independentes do seu porte ou alternativas utilizadas na fábrica, sendo, o custo energético um dos principais fatores na composição dos preço produto final
Estamos desenvolvendo um intercâmbio de informações sustentáveis de energia com os membros The European Cement Association sobre alternativas energéticas carbono zero para o setor fabricante de cimento.  E a visão da entidade é semelhante ao que estamos discutindo no Brasil com as indústrias do setor. Em muitos países europeus, os fabricantes de cimento já fizeram investimentos consideráveis em combustíveis trocando o carvão convencional e o coque de petróleo por combustíveis alternativos como a biomassa. 
Com efeito, a indústria cimenteira utiliza combustíveis alternativos a partir de resíduos da biomassa através de uma combinação de reciclagem de materiais e recuperação de energia (referido como coprocessamento).. 
A descarbonização industrial no Brasil poderá ocorrer de forma diferente em diferentes setores industriais, dependendo das características locais, da viabilidade das opções de descarbonização pode ser fortemente influenciada pelo preço e disponibilidade de biomassa, eletricidade renovável e locais de armazenamento de carbono. Portanto, diferentes estratégias e caminhos para reduzir as emissões em todos os setores devem ser explorados.  E no Livro avaliamos os tipos de biomassa de origem florestal e do processo industrial da madeira, da biomassa da agricultura e do beneficiamento agroindustrial e da cana-de-açúcar para suprimento energético do setor  produtivo.
Finalmente, o Livro avalia as principais tecnologia para a descarbonização as indústrias. Enumeramos  as tecnologias que contribuem para uma indústria verde.   
E embora a intensidade das emissões da produção de amônia esteja diminuindo, ela precisa cair muito mais rápido se quisermos atingir emissões líquidas zero até 2050. Assim como acontece com muitas iniciativas de descarbonização, a colaboração desempenha um papel importante na facilitação da mudança. Vejamos as tecnologias que avaliamos com requinte de detalhes no Livro: 

1.  Tecnologia Bioenergia com Captura e Armazenamento de Carbono  é uma tecnologia essencial para reduzir as emissões globais de gases de efeito estufa (GEE). 
No Livro avaliamos os detalhes desta tecnologia como uma cadeia de suprimentos multifacetada que tem a vantagem de permitir emissões negativas enquanto gera energia.  Sua versatilidade é ilustrada pela possibilidade de usar toda a gama de matérias-primas de biomassa e muitas vias de conversão. 
É uma tecnologia altamente adaptável, pois pode ser aplicada a uma variedade de indústrias como a do setor.   Uma vez que o dióxido de carbono (CO2) tenha sido capturado, ele deve ser transportado e armazenado, ou mesmo reutilizado. No entanto, a reutilização pode às vezes resultar em nenhuma emissão negativa, pois o CO2 é liberado na atmosfera em curto prazo.  
Num contexto em que limitar o aquecimento global se tornou uma questão urgente, os projetos  de captura de carbono ao setor industrial precisam de ser encorajados e apoiados para garantir que podem continuar a enfrentar os desafios do futuro
A captura pós-combustão opera em baixas pressões e é adequada para gases de combustão de baixas concentrações de CO2 , mostrando altas eficiências de laboratório a escala comercial.  
Essa tecnologia pode reduzir significativamente as emissões de CO2 das plantas. Para esse propósito, um caso de uso está sendo investigado para avaliar a maneira mais econômica de capturar carbono. O projeto está focado na tecnologia de captura baseada em amina para determinar a viabilidade de capturar gases de combustão diretamente versus a necessidade de concentrar o CO 2 para melhor captura.
No setor  captura, utilização e armazenamento de carbono se destaca como uma solução intermediária potencialmente prática. Isso é particularmente verdadeiro para instalações que podem acessar facilmente combustíveis fósseis econômicos, não têm acesso conveniente a fontes de energia renováveis acessíveis, estão distantes do fim de sua vida operacional e a infraestrutura de transporte e armazenamento necessária está disponível

 

2. Tecnologia Biocarvão/Biocarbono Bio-óleo e Gás sintético para descarbonização das indústrias.  O biocarvão ou biocarbono recentemente ganhou atenção como um substituto potencial para o carvão devido ao seu potencial de captura de carbono. 
Os biocombustíveis produzidos a partir de biomassa residual, como biocarvão, bio-óleo ou gás de síntese, podem ser uma substituição propícia para combustíveis fósseis. O biocarvão recebeu muito interesse como um substituto potencial devido à sua alta combustibilidade, alto conteúdo energético, melhor moabilidade e capacidade reduzida. Além disso, a principal vantagem de usar biomassa ou biocarvão como combustível é sua neutralidade de carbono. No Livro avaliamos os detalhes de produção de biocarvão/biocarbono, bio-óleo e gás sintético para descarbonização das indústrias.
 
3. Tecnologia de produção de biometano como substituto ao gás natural.O biometano, uma forma purificada de biogás produzida pela digestão anaeróbica de matéria orgânica, pode ser integrado em vários estágios da produção como um substituto para o gás natural reduzindo assim a pegada de carbono. Ele também pode servir como um combustível alternativo em fornos de aquecimento, que exigem quantidades substanciais de gás natural para atingir as altas temperaturas necessárias para o processamento, reduzindo assim as emissões de CO2. Além disso, as plantas com suas próprias unidades de geração de energia podem mudar para o biometano para gerar eletricidade com menos emissões de gases de efeito estufa.  
 
4. Tecnologia de Hidrogênio Verde produzido por fontes de energia renováveis.  Combustíveis alternativos de baixas ou zero emissões de CO 2 são uma solução viável para substituir combustíveis fósseis usados pelo setor industrial. 
A combustão de Hidrogênio é responsável por zero emissões de CO2. O Hidrogênio verde é um substituto ao gás natural como retratamos no Livro.  Para este propósito, dois casos de uso são apresentados indicativamente sobre a produção e o uso do hidrogênio verde pelo setor industrial.  Um projeto que esta sendo avaliado de forma técnica e econômica do uso do hidrogênio para substituir o gás natural.  
Além disso, outra empresa do setor industrial pretende investigar o potencial de operar Hidrogênio como uma alternativa ao gás natural para suas próprias operações, enquanto explora um fluxo de receita adicional, já que o Hidrogênio desempenha um papel cada vez maior na economia verde. Estima-se que esta transição reduza as emissões de CO 2 em até 30% até 2030.
O objetivo final do Livro é descrever as abordagens mais comuns de uso da biomassa como fonte de bioeletricidade  com opção de mitigação relevantes para indústrias.  Essas opções variam do aumento da eficiência energética e do uso da biomassa como fonte de geração de energia térmica (aquecimento, calor e vapor) ao desenvolvimento e implantação de novas tecnologias de emissões negativas ou zero carbono.
A coalimentação de hidrogênio junto com biomassa para aquecimento industrial é uma abordagem emergente que está sendo explorada por várias indústrias como parte dos esforços para reduzir as emissões de carbono e fazer a transição para fontes de energia mais sustentáveis. 
Essa abordagem tem sido amplamente testada em operações e tem potencial para reduzir a pegada de carbono.   Isso permite a redução sem a produção de quaisquer gases de efeito estufa.  Uma grande quantidade de hidrogênio precisa ser adicionada à reação a uma taxa estável, enquanto a água produzida pela reação deve ser constantemente removida.