ISO/TR 27922:2021
(Main)Carbon dioxide capture — Overview of carbon dioxide capture technologies in the cement industry
Carbon dioxide capture — Overview of carbon dioxide capture technologies in the cement industry
This document provides an overview of technologies that are under development to capture carbon dioxide (CO2) that is generated during cement manufacture. This document is intended to inform users about the different technologies, including the characteristics, the maturity and the boundaries of these technologies. This document is applicable to organizations involved in the cement industry and other stakeholders (e.g. policy makers). This document addresses technologies for CO2 capture that have potential applications in the cement industry. This document does not address CO2 transport, CO2 storage or CO2 utilization.
Captage du dioxyde de carbone — Vue d'ensemble des technologies de captage du dioxyde de carbone dans l'industrie du ciment
Le présent document fournit une vue d'ensemble des technologies en cours de développement pour capter le dioxyde de carbone (CO2) produit lors de la fabrication du ciment. Il est destiné à donner aux utilisateurs des informations sur les différentes technologies, y compris les caractéristiques, la maturité et les limites de ces technologies. Il est applicable aux organismes impliqués dans l'industrie du ciment et à d'autres parties prenantes (par exemple, décideurs politiques). Il aborde les technologies de captage du CO2 qui peuvent être appliquées dans le secteur du ciment. Il ne traite pas du transport, du stockage ou de l'utilisation du CO2.
General Information
Standards Content (Sample)
TECHNICAL ISO/TR
REPORT 27922
First edition
2021-02
Carbon dioxide capture — Overview of
carbon dioxide capture technologies
in the cement industry
Captage du dioxyde de carbone — Vue d'ensemble des technologies de
captage du dioxyde de carbone dans l'industrie du ciment
Reference number
©
ISO 2021
© ISO 2021
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Published in Switzerland
ii © ISO 2021 – All rights reserved
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 CO and the cement industry . 1
4.1 Cement manufacture . 1
4.2 CO emissions from the cement industry . 3
4.2.1 Production process description . 3
4.2.2 Process emissions from calcination . 3
4.2.3 Combustion emissions . 4
4.2.4 Emissions compared to other sectors . 4
4.3 CO purification after capture . 4
4.4 Abatement technologies in general . 4
5 Overview of CO capture technologies . 5
5.1 Absorption with amines . 5
5.2 Absorption with chilled ammonia . 6
5.3 Sorbent-based adsorption technologies . 6
5.4 Oxy-fuel combustion technology . 7
5.5 Pressure swing adsorption separation technology . 8
5.6 Separation with membranes . 9
5.7 Direct separation .10
5.8 Calcium looping .11
6 Overview and assessment .13
6.1 Assessment factors of CO capture technologies .13
6.2 Case study of technological and economic evaluation of CO capture technologies .14
6.3 Ability to retrofit existing cement plants with CO capture technologies .15
7 Final considerations .15
Bibliography .17
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/ directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/ patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see www .iso .org/
iso/ foreword .html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 265, Carbon dioxide capture,
transportation, and geological storage.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/ members .html.
iv © ISO 2021 – All rights reserved
Introduction
Concrete is the most-used manufactured substance on the planet in terms of volume. For example,
it is used to build homes, schools, hospitals, workplaces, roads, railways and ports, and to create
infrastructure to provide clean water, sanitation and energy. These are important for quality of life,
public health, and social and economic well-being.
Raw materials for concrete are abundant and available in most parts of the world. Concrete is affordable,
strong, durable and resilient to fire, floods and pests. It has the flexibility to produce complex and
massive structures. There is currently no other material that is available in the quantities necessary to
meet the demand for buildings and infrastructure.
Cement is used to manufacture concrete. It is described as the glue that binds the aggregates together.
The demand for concrete, and therefore for cement, is expected to increase, by 12 % to 23 % by 2050
compared to 2014, as economies continue to grow, especially in Asia.
Increasing global population, urbanisation patterns and infrastructure development will increase
global cement production. The use of concrete and cement is expected to become more efficient,
and concrete pours at the application phase are expected to decrease. The cement sector faces the
challenge of meeting an increasing demand for its product while cutting direct CO emissions from its
[7]
production . The cement industry is a large emitter of CO worldwide. The industry is committed to
reduce their carbon footprint to meet the targets of the ‘Paris Agreement’ on climate change.
Process emissions arising from the production of cement clinker present a fundamental challenge to
decarbonization of cement. In normal cement production processes, these process emissions are in the
[1]
range of 500 kg CO /tonne clinker to 540 kg CO /tonne clinker , corresponding to 250 kg CO to 500 kg
2 2 2
CO per tonne of cement depending on the type of cement. Replacement of limestone as raw materials
with alternative raw materials with lower carbonate content can reduce these process emissions, but
availability of these alternatives is limited, and the replacement potential is also limited (depending on
required cement qualities).
Combustion emissions are another contributor to CO emissions in addition to the process emissions.
Replacement of carbon-based fuels by non carbon-based energy sources and thermal energy from
biomass sources (being considered as CO neutral) will contribute to lowering the carbon intensity of
the energy supply for the cement industry in the future.
One way to reduce CO emissions is capturing CO that is released in the production of cement (both
2 2
direct emissions during the production process and emissions related to local energy production).
CO capture is an emerging approach for CO abatement in the cement industry. It means that CO
2 2 2
arising from the combustion of fuels and from the treatment of raw materials could be captured and
permanently stored or re-used. The integration of CO capture equipment typically increases the
specific energy intensity of cement manufacture, as additional energy is needed to operate the CO
capture plant, followed by drying, purification and compression of the captured CO for transportation,
[7]
(geological) storage and/or utilization . CO transportation, (geological) storage and utilization are
beyond the scope this document.
To date, no large-scale CO capturing technologies have been installed in the cement industry.
However, different technologies are under development to support the cement industry in achieving
their objectives. Various cement companies participate in one or more research, development and/or
demonstration projects in the field of CO capture. These projects provide useful information about the
application of the various technologies in the cement industry.
To facilitate the assessment and comparison of the different CO capturing technologies, this document
summarizes these technologies that are currently under development. This summary supplements and
updates the information provided in ISO/TR 27912:2016, Clause 10 on capture from cement production
processes. This document will inform the cement industry and their stakeholders on CO capture
technology options and other relevant aspects.
[5]
CO capture will be an item of interest for all cement producers in the years to come . Currently, about
[14]
2 000 cement plants with relevant CO emissions are operating worldwide with the majority of
these plants being located in Asia. CO capture implementation in the cement industry at global level
would need a transport and storage infrastructure to facilitate the decarbonization of cement plants
not located close to a geological storage facility or CO use facility. Together with the investments in CO
2 2
capture facilities, this will be a major cost factor for the cement industry.
vi © ISO 2021 – All rights reserved
TECHNICAL REPORT ISO/TR 27922:2021(E)
Carbon dioxide capture — Overview of carbon dioxide
capture technologies in the cement industry
1 Scope
This document provides an overview of technologies that are under development to capture carbon
dioxide (CO ) that is generated during cement manufacture.
This document is intended to inform users about the different technologies, including the characteristics,
the maturity and the boundaries of these technologies.
This document is applicable to organizations involved in the cement industry and other stakeholders
(e.g. policy makers).
This document addresses technologies for CO capture that have potential applications in the cement
industry. This document does not address CO transport, CO storage or CO utilization.
2 2 2
2 Normative references
The following documents ar
...
RAPPORT ISO/TR
TECHNIQUE 27922
Première édition
2021-02
Captage du dioxyde de carbone —
Vue d'ensemble des technologies de
captage du dioxyde de carbone dans
l'industrie du ciment
Carbon dioxide capture — Overview of carbon dioxide capture
technologies in the cement industry
Numéro de référence
©
ISO 2021
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Publié en Suisse
ii © ISO 2021 – Tous droits réservés
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Le CO et l’industrie du ciment . 1
4.1 Fabrication du ciment . 1
4.2 Émissions de CO produites par l’industrie du ciment . 3
4.2.1 Description du procédé de production . 3
4.2.2 Émissions dues au procédé de calcination . 3
4.2.3 Émissions dues à la combustion. 4
4.2.4 Émissions comparées à d’autres secteurs . 4
4.3 Purification du CO après captage. 4
4.4 Technologies de réduction globale . 4
5 Vue d’ensemble des technologies de captage du CO . 5
5.1 Absorption avec des amines . 5
5.2 Absorption avec de l’ammoniac réfrigéré . 6
5.3 Technologies d’adsorption à base de sorbant . 7
5.4 Technologie de combustion oxy-fuel . 7
5.5 Technologie de séparation par adsorption modulée en pression . 8
5.6 Séparation par membranes . 9
5.7 Séparation directe .10
5.8 Boucle de calcium .11
6 Vue d’ensemble et évaluation .13
6.1 Facteurs d’évaluation des technologies de captage du CO .13
6.2 Étude de cas de l’évaluation technico-économique des technologies de captage du CO .14
6.3 Possibilité de modernisation des technologies de captage du CO dans des
cimenteries existantes .16
7 Considérations finales .16
Bibliographie .18
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www
.iso .org/ directives).
L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l'ISO (voir www .iso .org/ brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, de la signification des termes et expressions
spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de la conformité, ou pour toute autre information au sujet de
l’adhésion de l’ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les
obstacles techniques au commerce (OTC), voir www .iso .org/ avant -propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 265, Captage du dioxyde de carbone,
transport et stockage géologique.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www .iso .org/ members .html.
iv © ISO 2021 – Tous droits réservés
Introduction
Le béton est la substance manufacturée la plus utilisée sur la planète en termes de volume. Par exemple,
il est utilisé pour construire des maisons, des écoles, des usines, des routes, des voies ferrées et des
ports, et pour créer les infrastructures nécessaires à l’adduction d’eau propre, l’assainissement et
l’alimentation en énergie. Ces éléments sont importants pour la qualité de vie, la santé publique ainsi
que le bien-être social et économique.
Les matières premières nécessaires pour fabriquer le béton sont abondantes et disponibles dans
la plupart des pays du monde. Le béton est économique, robuste, durable et résistant aux incendies,
inondations et parasites. Il permet de produire des structures complexes et massive. Il n’existe à ce jour
aucun autre matériau disponible en quantités nécessaires pour répondre à la demande dans le secteur
du bâtiment et des infrastructures.
Le ciment sert à fabriquer le béton. Il est décrit comme étant le liant qui lie les agrégats entre eux.
Étant donné que l’économie ne cesse de croître, notamment en Asie, on prévoit une augmentation de la
demande en béton, et donc en ciment, de 12 % à 23 % d’ici 2050, par rapport à 2014.
L’augmentation de la population mondiale, les modèles d’urbanisation et le développement
d’infrastructures entraîneront une hausse de la production mondiale de ciment. On prévoit une
utilisation plus efficace du béton et du ciment, et une diminution des coulées de béton lors de la phase
d’application. Le secteur du ciment fait face à un enjeu de taille: répondre à la demande croissante en
[7]
ciment tout en réduisant les émissions directes de CO issues de sa production . L’industrie du ciment
est un gros émetteur de CO dans le monde entier. Elle s’est engagée à réduire son empreinte carbone
afin d’atteindre les objectifs de l’Accord de Paris sur le changement climatique.
Les émissions dues au procédé résultant de la production de clinker de ciment doivent être soumises
à une étape essentielle de décarbonatation du ciment. Dans les procédés normaux de production de
ciment, ces émissions dues au procédé se situent entre 500 kg de CO /tonne de clinker et 540 kg de
[1]
CO /tonne de clinker , ce qui correspond à 250 kg de CO à 500 kg de CO par tonne de ciment selon
2 2 2
le type de ciment. Pour réduire ces émissions dues au procédé, il est également possible de remplacer
le calcaire par d’autres matières premières contenant moins de carbonate, mais la disponibilité de ces
alternatives ainsi que la possibilité de substitution sont limitées (en fonction des qualités requises du
ciment).
Outre les émissions dues au procédé, les émissions dues à la combustion constituent une autre contribution
aux émissions de CO . À l’avenir, remplacer les combustibles carbonés par des sources d'énergie non
carbonées et de l'énergie thermique issue de biomasses (considérées neutres en CO ) contribuera à
réduire la part du carbone dans l’approvisionnement énergétique pour l’industrie du ciment.
Une méthode de réduction des émissions de CO consiste à capter le CO émis par la production de
2 2
ciment (émissions directes pendant le procédé de production et émissions liées à la production
d’énergie locale). Le captage du CO est une nouvelle technique de réduction du CO dans l’industrie
2 2
du ciment. Cela signifie que le CO issu de la combustion des combustibles et de la transformation des
matières premières peut être capté et stocké définitivement ou réutilisé. Généralement, l’intégration
de l’équipement de captage du CO augmente la part énergétique spécifique de la production de ciment,
car il est nécessaire d’utiliser davantage d’énergie pour faire fonctionner l’installation de captage du
CO . Il faut ensuite sécher, purifier et comprimer le CO capté en vue de son transport, son stockage
2 2
[7]
(géologique) et son utilisation . Le transport, le stockage (géologique) et l’utilisation du CO ne font
pas partie du domaine d’application du présent document.
À ce jour, aucune technologie de captage du CO à grande échelle n’a été installée dans le secteur du
ciment. Différentes technologies sont toutefois en cours de développement afin d’aider l’industrie du
ciment à atteindre ses objectifs. Plusieurs cimenteries participent à un ou plusieurs projets de recherche,
développement et/ou démonstration dans le domaine du captage du CO . Ces projets fournissent des
informations utiles sur l’application des différentes technologies dans le secteur du ciment.
Pour faciliter l’évaluation et la comparaison des différentes technologies de captage du CO , le présent
document résume ces technologies qui sont en cours de développement. Ce résumé ajoute et met
à jour les informations fournies dans l’ISO/TR 27912:2016, Article 10 sur le captage des procédés
de production de ciment. Ce document donnera des informations sur les différentes technologies de
capture du CO et d’autres aspects pertinents pour l’industrie du ciment et ses parties prenantes.
[5]
Dans les années à venir, le captage du CO sera un sujet important pour toutes les cimenteries . Il
[14]
existe actuellement environ 2 000 cimenteries émettrices de CO dans le monde , la majorité étant
implantée en Asie. La mise en œuvre du captage du CO dans le secteur du ciment au niveau mondial
nécessite une infrastructure de transport et de stockage pour faciliter la décarbonatation du ciment
produit
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.