Opinion des invités : Creuser la voie vers un béton net zéro

Solide, durable, nécessitant peu d’entretien et hautement résistant au feu et à l’eau, les nombreux attributs pratiques du béton en ont fait le matériau de construction le plus populaire au monde. On estime que 30 milliards de tonnes sont produites chaque année dans le monde pour construire des routes, des ponts, des bâtiments, des barrages et d’autres infrastructures critiques.

Néanmoins, l’omniprésence du béton a des conséquences environnementales importantes. Une estimation huit pour cent de toutes les émissions de CO2 d’origine humaine sont causées par la fabrication du ciment Portland, un constituant principal de pratiquement tous les mélanges de béton.

Fabrication de ciment : un des principaux responsables du CO2

Le ciment est fabriqué en broyant du calcaire et en le chauffant, avec du schiste ou de l’argile, dans un four à une température allant jusqu’à 3 000 degrés Fahrenheit. Au cours de ce processus, du CO2 est libéré par les combustibles fossiles utilisés pour chauffer le four, ainsi que par les gaz libérés par le calcaire lui-même lors de la calcination pendant le chauffage.

Fabriquer une tonne de ciment produit environ 0,8 à 0,9 tonne d’émissions de CO2. En revanche, remplacer cette tonne de ciment par des cendres volantes pour produire du béton évite pratiquement toutes les émissions de CO2 liées au ciment, soit environ 0,8 tonne.

Sous-produit des centrales électriques alimentées au charbon, les cendres volantes sont utilisées en remplacement du ciment Portland depuis trois quarts de siècle aux États-Unis. Spécifiées pour la première fois à grande échelle lors de la construction en 1949 du barrage Hungry Horse dans le Montana, comme mesure de réduction des coûts, les cendres volantes se sont également révélées très efficaces pour réduire la chaleur d’hydratation du béton (contribuant à prévenir les fissures thermiques pendant le durcissement) ; améliorer la densité, la résistance et la durabilité du béton fini ; et renforcer sa résistance à l’eau et aux produits chimiques. Les producteurs de béton prêt à l’emploi, à l’époque comme aujourd’hui, appréciaient également les cendres volantes pour leur capacité à améliorer l’ouvrabilité et la pompabilité du béton frais.

Au cours des 75 années qui ont suivi, les producteurs de béton ont utilisé avec profit des centaines de millions de tonnes de cendres volantes pour réaliser ces mêmes économies de coûts et améliorations de performances. Les cendres volantes inutilisées produites par les centrales au charbon au cours de cette période – estimées à environ deux milliards de tonnes – ont été stockées dans des décharges et des retenues de surface.

Une ressource vaste et inexploitée

Alors que le retrait des centrales à charbon se poursuit aujourd’hui aux États-Unis et que la disponibilité de cendres volantes fraîches diminue, ces décharges et retenues constituent une vaste ressource que les producteurs de béton peuvent utiliser comme approvisionnement en cendres volantes pendant des décennies. Consciente de cela, l’industrie américaine des matériaux s’est efforcée d’élaborer des normes consensuelles pour encourager la « récolte » responsable des cendres précédemment éliminées. Après des années de consultation auprès des intervenants de l’industrie, la norme ASTM C618, Standard Specification for Coal Ash and Raw or Calcined Natural Pozzolan for Use in Concrete, reconnaît désormais que les cendres volantes peuvent provenir d’un site de récolte plutôt que directement de la centrale électrique, sous réserve d’un traitement pour assurer sa qualité de béton.

Il existe déjà plus d’une douzaine de sites de récolte prévus ou en activité aux États-Unis qui, selon le Association américaine des cendres de charbona ajouté plus de quatre millions de tonnes de cendres volantes de qualité béton sur le marché en 2022, dernière année pour laquelle des données sont disponibles. Ce volume équivaut à 8,7 pour cent du total des cendres recyclées provenant de l’exploitation actuelle de la centrale électrique.

Au-delà de sa valeur pour décarboner le béton, la disponibilité des cendres récoltées – en particulier à mesure que cette pratique se généralise – signifiera inévitablement que les commerçants de cendres et leurs clients seront moins contraints par l’incertitude de l’approvisionnement liée au fonctionnement et à la production des centrales électriques au charbon. cendre fraîche. La fiabilité de l’approvisionnement, combinée à la qualité du produit garantie par la valorisation des cendres récoltées, sont toutes deux essentielles pour garantir que les développeurs de projets spécifient les cendres volantes pour une utilisation dans le béton.

Projets de récolte de matériaux écologiques

Pour ces raisons, mon entreprise, Eco Material Technologies a permis d’identifier et de développer des sites de récolte adaptés aux États-Unis, un élément central de son plan d’affaires et a un certain nombre de projets majeurs en préparation, notamment les suivants :

• La récolte et la valorisation de plus de 100 000 tonnes de cendres volantes par an sont en cours depuis 2019 sur un site Eco en Pennsylvanie, qui a la capacité de produire 2 millions de tonnes de cendres volantes pendant la durée de vie du projet. Plus de 1,5 million de tonnes d’émissions d’équivalent CO2 devraient être évitées grâce à l’utilisation de ce matériau dans la production de béton. Entre autres projets, les cendres récoltées dans la décharge de Montour ont été utilisées pour construire et remettre à neuf des éléments en béton du barrage du lac Williams, près de York, en Pennsylvanie.
• Les opérations actuellement en cours sur deux sites de récolte dans le sud-est devraient produire environ 1,2 million de tonnes de cendres par an à partir des décharges et des retenues de surface une fois qu’elles seront pleinement opérationnelles. Au cours de la durée de vie de ces projets, environ 17 millions de tonnes de cendres seront récoltées pour être utilisées dans des projets de construction dans toute la région, ce qui empêchera jusqu’à 15 millions de tonnes d’émissions d’équivalent CO2 de pénétrer dans l’atmosphère.
• Avec les récentes révisions de la norme ASTM C618 spécifiant que les mâchefers peuvent être utilisés dans le béton, sous réserve de certaines conditions, Eco Material commence la récolte et le broyage des mâchefers sur un site au Texas afin d’augmenter les approvisionnements en cendres mélangées de qualité béton disponibles dans la région. . L’usine a été dimensionnée en fonction d’une future capacité d’augmentation qui lui permettra de produire jusqu’à 700 000 tonnes par an si nécessaire.
• Eco Material a conclu un partenariat pour valoriser et commercialiser jusqu’à 150 000 tonnes de cendres récoltées par an sur un site de la côte du Golfe. Le gisement dispose de près de 3,5 millions de tonnes de cendres volantes, ce qui en fait un partenariat à long terme entre les parties.
• Sur un site distinct de la côte du Golfe, Eco a conclu un accord pour bénéficier et commercialiser les cendres volantes précédemment éliminées qui généreront environ 600 000 tonnes supplémentaires de matériaux durables par an lorsqu’elles seront pleinement opérationnelles. Les opérations devraient commencer début 2026.
• Eco Material s’associe pour construire de nouvelles usines d’enrichissement et de récolte de mâchefers et de gypse dans le Haut-Midwest, qui fourniront 400 000 tonnes supplémentaires par an de matériau cimentaire supplémentaire au cours des 25 prochaines années pour desservir les marchés en croissance rapide de la région.

Il n’existe pas de « solution miracle » pour décarboner le secteur du béton ; l’industrie doit investir dans une gamme de matériaux et de technologies pour pouvoir atteindre zéro émission nette. Cependant, étant donné l’urgence du problème, la récolte des cendres offre une solution éprouvée qui peut réduire considérablement l’intensité carbone du béton. maintenant – plutôt que dans un avenir lointain.

À propos de l’auteur

Grant Quasha est président-directeur général de Technologies des matériaux écologiquesle principal producteur et fournisseur d’alternatives durables au ciment en Amérique du Nord. La technologie exclusive Green Cement d’Eco utilise des cendres volantes et d’autres matériaux pouzzolaniques pour produire des produits innovants presque nuls en carbone comme substituts durables au ciment Portland dans le béton. Écouter Conversation de Grant sur La durabilité dans votre oreille pour en savoir plus sur la voie des infrastructures à faibles émissions de carbone.