How could alternative cement binders contribute to decarbonizing the cement industry: A literature review focusing on emissions, energy, cost, and market share.

dc.contributorAalto-yliopistofi
dc.contributorAalto Universityen
dc.contributor.advisorAhmadi, Farzin
dc.contributor.authorKamppinen, Kristoffer
dc.contributor.schoolInsinööritieteiden korkeakoulufi
dc.contributor.supervisorAlanne, Kari
dc.date.accessioned2024-06-18T08:35:59Z
dc.date.available2024-06-18T08:35:59Z
dc.date.issued2024-05-10
dc.description.abstractThe cement industry is responsible for up to 8% of the global anthropogenic carbon dioxide emissions. As more nations and governments are taking action to combat climate change, pressure has been put on the cement industry to drastically lower the extensive greenhouse gas emissions annually emitted. The use of alternative cement binders as a substitute for traditional Portland cement has emerged as a potential solution to this challenge. As most of the emissions from cement production are derived from fossil fuel combustion and decarbonization of limestone, decreasing the fuel demand and lowering the amount of limestone are effective ways of minimizing emissions. In a nutshell, that is what most alternative cement binders focuses on. Belite-rich cements are production wise similar to Portland cement but uses less limestone and a lower kiln temperature. This results in lower energy requirements and a CO2 reduction of approximately 10%. But due to the slow strengthening process of belite-rich cements, they are not widely implemented. Calcium sulfoaluminate and belite-ye’elimite-ferrite cements, on the other hand, replace a larger amount of limestone with other minerals, such as, bauxite to further reduce CO2 emissions. Additionally, this creates a faster setting cement which could be more widely implemented, but the expensive raw materials is the limiting factor. Solidia cement is more energy efficient than traditional Portland cement and uses a unique curing technology, that permanently binds CO2 into the cement. This creates a cement with extremely low carbon emissions. But due to the unique curing process, Solidia cement is only suitable for precast concrete, which covers one third of the cement market. Lastly, Celitement® uses a completely unique production process to synthesize the hydration phase responsible for strength in Portland cement. Thereby, Celitement has substantially lower raw material emissions. Additionally, the production process is considered to be fully electrifiable, resulting in zero fuel emission if renewable energy sources are used. For the most promising alternative cement binders, cost and product development pose the largest challenges. Further research and testing could lower the cost of the binders, while making the products more mature for market implementation.en
dc.description.abstractCementindustrin orsakar upp till 8 procent de globala antropogena koldioxidutsläppen. Som följd av att världspolitiken vidtar alltmer åtgärder för att bekämpa klimatförändringen ökar trycket på cementindustrin att rejält minska koldioxidutsläppen. En potentiell lösning på utmaningen är att ersätta traditionellt Portlandcement med alternativa cementbindemedel. Majoriteten av utsläppen av cementproduktion härstammar från två huvudsakliga processer: kalcinationen av kalksten samt förbränningen av fossila bränslen. Därmed lönar det sig att fokusera på att minska bränsleförbrukningen och mängden kalksten för att effektivt minska cementproduktionens utsläpp. Det är så som de flesta alternativa cementbindemedel minskar de totala utsläppen inom cementproduktion. Belitrika cementer är produktionsmässigt lika Portlandcement men använder ungefär 10 procent mindre kalksten och därmed en aningen lägre ugnstemperatur. Detta resulterar i ett minskat energibehov samt en CO2-reduktion på 10 %. Men på grund av den ångsamma härdningen hos belitrika cementer har de inte implementerats brett inom cementmarknaden. Kalciumsulfoaluminat- och be- lit-ye’elimit-ferritcement ersätter en större andel kalksten med andra mineraler för att ytterligare minska koldioxidutsläppen. Främst används aluminiumrika råmaterial, såsom bauxit, för ersättningen av kalksten. Detta skapar snabbhärdande cement som minskar koldioxidutsläppen upp till 30 procent. De dyra aluminiumrika råmaterialen är den begränsande faktorn för att öka cementer- nas marknadsandel. Solidia-cement är en betydligt mera energieffektiv cement, som på grund av sin unika härdningsprocess permanent binder koldioxid inne i slutprodukten. Detta skapar en cement med väldigt låga utsläpp. Men på grund av den unika härdningsprocessen är Solidia-cement endast lämplig för färdiggjutna betongprodukter, vilket står för ungefär en tredjedel av cementmarknaden. Det sista alternativa cementbindemedlet, Celitement, använder sig av en totalt unik produktionsprocess för att syntetisera hydreringsfasen av Portlandcement som ansvarar för materialets styrka. Celitement har därmed betydligt lägre utsläpp från dess råmaterial än de andra cementbindemedlen. Dessutom anses Celitements produktionsprocess vara fullständigt elektrifierbar, vilket eliminerar bränsleutsläppen ifall förnybara energikällor används för elproduktionen. Avslutningsvis utgör kostnad och produktutveckling de största utmaningarna för de alternativa cementbindemedlen. Vidare forskning och produktutveckling kan möjligen minska produktionskostnader för de alternativa cementbindemedlen och samtidigt göra produkterna mognare för bredare marknadsimplementering.sv
dc.format.extent25
dc.format.mimetypeapplication/pdfen
dc.identifier.urihttps://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/128994
dc.identifier.urnURN:NBN:fi:aalto-202406184582
dc.language.isoenen
dc.programmeInsinööritieteiden kandidaattiohjelmafi
dc.programme.majorEnergia- ja ympäristötekniikkafi
dc.programme.mcodeENG3042fi
dc.subject.keywordalternative cement bindersen
dc.subject.keywordnovel cementsen
dc.subject.keyworddecarbonizationen
dc.subject.keywordcarbon neutralityen
dc.subject.keywordlow carbon cementen
dc.subject.keywordalternativa cementbindemedelen
dc.titleHow could alternative cement binders contribute to decarbonizing the cement industry: A literature review focusing on emissions, energy, cost, and market share.en
dc.typeG1 Kandidaatintyöfi
dc.type.dcmitypetexten
dc.type.ontasotBachelor's thesisen
dc.type.ontasotKandidaatintyöfi

Files

Original bundle

Now showing 1 - 1 of 1
No Thumbnail Available
Name:
Kamppinen_Kristoffer_2024.pdf
Size:
409.5 KB
Format:
Adobe Portable Document Format