לבנות עם פחות גזי חממה

תהליכי ייצור המלט גורמים לפליטת כמות גבוהה של גזי חממה. האם יש דרך לצמצם את הזיהום שנוצר?

אבי מושל | גליליאו

“וַיֹּאמְרוּ אִישׁ אֶל רֵעֵהוּ הָבָה נִלְבְּנָה לְבֵנִים וְנִשְׂרְפָה לִשְׂרֵפָה וַתְּהִי לָהֶם הַלְּבֵנָה לְאָבֶן וְהַחֵמָר הָיָה לָהֶם לַחֹמֶר” (בראשית י”א ג)

בסיפור ניסיון הקמתו של מגדל בבל בספר בראשית מתואר אחד החידושים הטכנולוגיים של העולם העתיק: כתחליף לחציבת אבנים וסיתותן לצורכי הבנייה, אפשר להשתמש בחומרי גלם מקומיים, להעביר אותם תהליך שרפה ולקבל לבֵנים בתבנית נוחה לבנייה. שיטה זו שימשה במשך מאות שנים (וגם היום משתמשים בה במקומות שונים בעולם).

הדבקת הלבנים אלו לאלו נעשתה באמצעות חומרים שונים: סיד – שהוא תוצר שרפה של אבן גיר, טיט שמכיל תערובת בוצית של חרסית וחומרים נוספים, גבס וחומר ביטומני. במהלך הדורות פותחו תערובות של חומרים אלו עם חומרי טבע שונים במטרה להגדיל את החוזק של חומרי הבנייה, את עמידותם במים ולייצר חומר בעל תכונות אחידות.
חומרי הגלם של תעשיית הבנייה

עיקר הפיתוח של חומרי הבנייה בעת החדשה נעשה במהלך 200 השנים האחרונות, שבהן פותח, בין השאר, חומר בנייה עיקרי – המלט (צֶמֶנט פּוֹרטלֶנד), המצטיין בחוזק, בעמידות במים ובאיכות שאפשר לבקרה.

ידוע כי הרומאים הקדמונים השתמשו באפר וולקני, מוצר הדומה למלט העיקרי המשמש כיום, צמנט פורטלנד מבחינת התהליך – קליית חומר חרסיתי וגיר בטמפרטורה גבוהה.

ההבדל בין החומר העתיק למודרני הוא באחידות הכימית: האפר הוולקני אינו מוצר אחיד ולכן תכונותיו אינן מבוקרות. לעומתו, המלט המודרני הוא תוצר קלייה של אבן גיר וחרסית בטמפרטורה גבוהה. הוא מכיל סיד, גבס ותחמוצות מתכתיות שונות שאליהם מוסיפים אפר פחם ותוספים אחרים.

המלט נחשב לאחד מחומרי הגלם החשובים ביותר בתעשיית הבנייה כיום. במרבית מדינות העולם יש תעשייה מקומית לייצור מלט, ומרבית הצריכה נעשית בטווח קצר ממקום הייצור בשל העלויות הגבוהות של שינוע המלט והמחיר הנמוך יחסית ליחידת משקל.
ייצור המלט ופליטת גזי חממה

ייצור מלט לבנייה הוא אחד התהליכים התעשייתיים בעלי פוטנציאל חשוב לפליטת גזי חממה. על פי ההערכות הנוכחיות, תהליך ייצור המלט אחראי לכ-7%-5% מפליטות הפחמן הדו-חמצני בעולם. הצפי הוא שהפיתוח הכלכלי המואץ במדינות העולם השלישי יביא להכפלת ייצור המלט בעולם עד לשנת 2030.

התהליך העיקרי בייצור מלט הוא קלייה בטמפרטורה גבוהה (מעל 1,450 מעלות צלזיוס) של תערובת חומרי גלם, שהעיקריים שבהם הם אבן גיר וחרסית ליצירת קְלינקֶר, תערובת אפורה של אבקה וגושים בגדלים שונים (בקוטר של עד כמה סנטימטרים). לאחר מכן הקלינקר נטחן עם תוספות שונות ומשווק כמלט.

פליטת הפחמן הדו-חמצני בייצור מלט נגרמת משתי סיבות: האחת, בגלל שרפת הדלק בתהליך (בדרך כלל הדלק שבו משתמשים בתעשיית המלט הוא פטרוליום קוק (Petroleum Coke) שהוא שייר כבד של תהליכי זיקוק הדלק, ומכיל יחס גבוה יחסית של פחמן ליחידת אנרגיה). השנייה, עקב עצם הפיכת אבן הגיר לסיד תוך כדי פליטה של פחמן דו-חמצני:

CaO + CO2. → CaCO3
צמצום התהליך המזהם

בתהליך ייצור של טונה אחת של קְלינקֶר נפלטים בין 700 ל-1,000 ק”ג של פחמן דו-חמצני. הכמות תלויה ביעילות האנרגטית של תהליך השרפה (כפי שיפורט להלן), ובכמות הדלק ממקורות מתחדשים, שבהם משתמשים (אם משתמשים בדלק ממקורות מתחדשים, מקור הפחמן הדו-חמצני הוא בחומר צמחי שקלט אותו קודם לכן מהאטמוספרה, ולפיכך היא נחשבת “נייטרלית” מבחינת התוספת לאטמוספרה). הפליטה לטון מלט שמשווק בסופו של דבר תלויה בכמות הקלינקר שבתוכו, ובאופן ממוצע עומדת על 500 עד 700 ק”ג פחמן דו-חמצני הנפלטים על כל טון מלט מיוצר.

במהלך השנים פותחו טכנולוגיות שונות במטרה לצמצם את צריכת האנרגיה, צריכת חומרי הגלם ופליטות גזי החממה ממתקני ייצור צמנט פורטלנד. התהליכים הראשונים לייצור מלט היו “רטובים”, וכללו ערבוב חומרי הגלם במצב רטוב. השיטה הבטיחה ערבוב פשוט יחסית של חומרי הגלם לקבלת מוצר הומוגני, אבל דרשה שימוש באנרגיה רבה כדי לייבש את חומרי הגלם עם כניסתם לכבשן.

השיפורים החשובים ביותר בתהליך ייצור המלט במהלך המאה הקודמת נועדו להקטין את כמות האנרגיה הנדרשת כדי לצמצם את אחוז הלחות בחומרי הגלם. באופן הדרגתי נעשה מַעבר מתהליך “רטוב”, כפי שהיה קיים במפעל של חברת “נשר” באזור חיפה שהוקם ב-1925 ואינו פעיל כיום, לתהליך “חצי רטוב”, ולאחר מכן לתהליך “חצי יבש” דוגמת מפעל “נשר” באזור התעשייה הרטוב שהוקם ב-1974. כיום נבנים מפעלים מודרניים, שבהם ערבוב חומרי הגלם נעשה במצב “יבש” – כך, למשל, במפעל של חברת “נשר” ברמלה. שינוי התהליך מ”רטוב” ל”יבש” אִפשר חסכון של מעל ל-50% מצריכת האנרגיה בתהליך.

מאחר שבתהליך ייצור המלט חלק ניכר מפליטת גזי החממה נגרם מפירוק אבן הגיר, שיפור חשוב נוסף לצמצום הפליטה הוא בהחלפת חלק מחומרי הגלם וחלק ממרכיבי המלט הסופי בחומרים אחרים. אחד המרכזיים בתהליך זה הוא השימוש באפר פחם, שנוצר כפסולת בתחנות כוח פחמיות ונוסף בכמה שלבים.

אפר הפחם מכיל תערובת חומרים הנחוצים לתהליך ייצור הקלינקר, ולכן כמות מסוימת של אפר פחם מוספת לחומרי הגלם המוכנסים לכבשן. כמו כן, אפר הפחם מוסף מאוחר יותר למלט עצמו ובחלק מסוגי הבטון ישנה הוספה של אפר פחם כמרכיב בבטון. הוספת אפר הפחם מקטינה את הצורך בכמויות גדולות יותר של קלינקר ולכן תורמת לצמצום האנרגיה הנדרשת לתהליך ולצמצום כמות אבן הגיר המוכנסת לכבשן.

דרכים לצמצום פסולת

בעשורים האחרונים עלה השימוש בחומרי פסולת שונים בעלי תכולה אנרגטית גבוהה כתחליף לחלק מהדלק ממקורות מאובנים שבהם משתמשים בכבשני המלט. באופן זה מנצלים חומרי פסולת כחומר דלק לתהליך ייצור המלט, חומרים שאלמלא כן היו מועברים להטמנה בקרקע. חומרי הפסולת כוללים ממסים תעשייתיים מסוגים שונים, בוצוֹת עתירות אנרגיה שנוצרות בתעשייה, צמיגים, פסולת תעשייתית ופסולת ביתית לאחר מיון.

השימוש בחומרי הפסולת כתחליף לדלק מבוצע לאחר בדיקה, כדי להבטיח שהשימוש בהם לא יגדיל פליטה של מזהמים קשים מהכבשנים. בדרך כלל אי אפשר להחליף באופן מלא את כל הדלק הרגיל בחומרי פסולת, בעיקר משום שתכולת האנרגיה במרבית מוצרי הפסולת נמוכה יחסית, ואינה מאפשרת הגעה לטמפרטורה הנדרשת לתהליך. השימוש בפסולת מסוגים שונים מפחית את פליטת גזי החממה מהכבשנים משום שהחלופה היא שהפסולת תוטמן ותעבור תהליכי פירוק שבהם נפלטים פחמן דו-חמצני ומתאן, שנחשב גז חממה בעל פוטנציאל גבוה פי 21 לגרימת אפקט החממה לעומת פחמן דו-חמצני.

השיפורים הטכנולוגיים לצמצום צריכת האנרגיה והפחתת גזי החממה בתהליכי ייצור המלט אינם מתבטאים בהחלפת חומרי הדלק וחומרי הגלם בלבד. קיימות דרכים רבות נוספות לייעל את תהליכי הייצור תוך כדי הפחתה נוספת של סך הפליטות. אחת הדרכים היא שימוש בחום הנפלט מהכבשן והתוצרים החמים היוצאים ממנו, לחימום חומרי הגלם הנכנסים אל התהליך (מִחזוּר החום). בשיטה זו מקטינים את כמות האנרגיה הנדרשת כדי לחמם את חומרי הגלם עוד לפני כניסתם לכבשן, ולכן שיטה זו מאפשרת ניצול טוב יותר של האנרגיה. נוסף על כך ניצול החום של גזי הפליטה מהכבשן מאפשר קירור מהיר שלהם, קירור הנדרש כדי להפחית פליטה של חלק ממזהמי האוויר שבהם.

כיוון אחר הוא חיפוש חלופה לייצור המסורתי של המלט. אחד הפיתוחים בתחום זה שייך לחברה הישראלית I-Tec-W Ltd. החברה פיתחה תערובת חומרים ממקור ביולוגי, הכוללת אנזימים שונים וחומרים אחרים, ושערבוב שלהם עם קרקעות מסוגים שונים יוצרת מִרקם דחוס ונוקשה, המאפשר להשתמש בהם כתחליף למלט או לתשתיות כבישים. תערובת חומרים זו מכונה תמיסת Zym-tec (חומר שהמציאה החברה והמוגדר כפטנט בארץ ובעולם). ערבוב חומר זה עם הקרקע משנה את תכונותיה ומאפשר שימוש בתוצר המתקבל לסלילת כבישים או לייצובם, לאיטום מאגרי נוזלים, תעלות או אזורי הטמנת פסולת. כשהחומר המרוכז מעורבב עם מים כתמיסה ומונח בקרקע לפני הכבישה, הוא פועל על המרכיבים דקי הגרגרים בקרקע והוא בעל פעולת הדבקה חזקה.

יישום הטכנולוגיה בתחום תעשיית הבטון מאפשר להקטין את כמויות המלט בתערובת הבטון והמרתן בכמויות (קטנות יותר) של חומר ה-Zym-Tec תוך כדי שמירה על מפרטי הביצועים המלאים. לחומר החדש שהמציאה חברת I-Tec-W Ltd יתרונות רבים שכבר באים לידי ביטוי בעשרות הפרויקטים עליהם אחראית החברה בארץ ובעולם: על פי שיטה זו ערבוב החומר עם קרקע מקומית והידוקם יחד לאחר מכן מאפשר סלילת תשתיות לכבישים ויצירת לבֵנים לבנייה.

יישום שיטה זו מפחית במידה ניכרת את פליטת גזי החממה המתרחשת בתהליכי סלילה ובנייה, לא רק בשל ההפחתה בתהליך ייצור המוצר עצמו, אלא גם בגלל העובדה שהשתמשו בחומר מקומי לתהליכי הבנייה ושנחסכו תהליכי שינוע של חומרי הבנייה מאזורי חציבה מרוחקים אל אתר הבנייה או הסלילה. יתרון נוסף של השיטה הוא בקיצור רב של זמני ביצוע פרויקטים, שמשמעותו הקטנת מספר שעות עבודת כלי הציוד המכני הכבד, ועקב כך הפחתה ניכרת נוספת של פליטת גזי החממה.

כאשר מעוניינים ליישם את השיטה לצורך סלילת דרך או תשתיות לדרך, יש לעבד את הקרקע המקומית, ולערבב את החומר המרוכז עם מים ולאחר מכן עם הקרקע ביחס המשתנה בהתאם ללחות הקרקע המקומית. בבניית מבנים אפשר להוסיף כמות קטנה יחסית של מלט רגיל להגברת החוזק.

להקטין את עלויות התשתית

יתרון גדול של השיטה הוא בתהליך יישור הקרקע והכנת התשתיות לסלילת כבישים. היום נעשה שימוש בחומרי חציבה בכמות גדולה, המוסעים אל אתר הכביש ממחצבות ויש צורך להדק ולייצב שכבות אלו כהכנה לסלילת הכביש. יישום החומר החדש מאפשר שימוש בקרקע המקומית לצרכים אלו ובכך מקטין הן את עלויות התשתית עצמה הן את כמות עודפי העפר שהיום צריך לדאוג לסילוקן.

יישום הטכנולוגיה בתחום תעשיית הבטון מאפשר להקטין את כמויות המלט בתערובת הבטון והמרתן בכמויות (קטנות יותר) של חומר ה-Zym-Tec, תוך כדי שמירה על מפרטי הביצועים המלאים. זהו פתרון ייחודי ומוגן פטנט של החברה, התורם להפחתה ניכרת של גזי החממה הנפלטים. עד כה נסללו בארץ ובעולם כמה עשרות קילומטרים של דרכים ונבנו מבנים בשיטה זו.

לקריאה נוספת:

סלילת כבישים באתיופיה בשיטה חדשה

הכותב הוא בוגר ביולוגיה ומוסמך במדעי הסביבה מטעם האוניברסיטה העברית בירושלים. במשך שנים עבד במשרד להגנת הסביבה בתחומים הקשורים לצמצום זיהום האוויר ולמניעת פליטה של גזי חממה, בין השאר כסגן ראש האגף וכמנהל האגף לאיכות האוויר. כיום יועץ לוועדה לתשתיות לאומיות ולחברות שונות בנושאי איכות אוויר ושינוי אקלים

הכתבה המלאה התפרסמה במגזין גליליאו, יוני 2012