Cement production: Climate Challenge

Why in News?
India aims to become a developed economy by 2047 and achieve net-zero emissions by 2070. Decarbonising the cement and construction sector is essential for achieving both goals.

Why is Cement a Climate Challenge?

• Construction contributes around 35–40% of global GHG emissions, mainly through steel and cement.
• Cement alone contributes around 7–11% of global emissions.
• It is a hard-to-abate sector because CO₂ is released both from energy use and limestone calcination.
• Limestone is heated to around 1,450°C to produce clinker.
• India’s cement industry emits around 0.62 tonnes CO₂ per tonne of cement.
• Cement production could rise from 334 MT (2019–20) to 1,546 MT by 2070.

What are the Environmental Impacts?

• Limestone mining: Deforestation and loss of fertile soil.
• High-temperature production: Large energy consumption.
• Calcination: Direct release of CO₂ through chemical reaction.
• Transportation: Additional carbon emissions.
• Air pollution: NOx, SO₂ and particulate matter.
• Ecological loss: Reduced vegetation and carbon sequestration.

How Can Cement Emissions be Reduced?
Alternative Fuels:

• Replace coal with Refuse-Derived Fuel (RDF) from municipal waste.
• NITI Aayog targets 20% thermal substitution by 2030.

Lower Clinker Content:

• Use fly ash and industrial slag instead of clinker.
• Replacing 1 tonne of clinker can avoid about 0.83 tonnes of CO₂.

Renewable Energy:

• Promote renewable electricity and electrification of cement production.

Carbon Capture:

• CCUS is important because process emissions from calcination cannot be completely eliminated.

Green Cement:

• Promote Portland Pozzolana Cement (PPC) and Portland Slag Cement (PSC).
• Increase government procurement of low-carbon cement.

What Alternatives Exist to Conventional Cement?

• Lime and lime-surkhi mortar
• Mud, earth and rammed-earth construction
• Compressed earth blocks
• Kath Kuni architecture of Himachal Pradesh
• Bamboo and wood-based structures
• Natural binders such as cactus-based materials

What are the Major Challenges?

• Cement has a deeply established commercial and supply-chain ecosystem.
• Builders prefer conventional cement because of speed, strength, standardisation and availability.
• Traditional materials may not suit every region or modern high-rise structure.
• Alternative materials require standardisation, testing and wider market acceptance.

What Should be the Way Forward?
Cleaner fuels + renewable energy + lower clinker ratio + CCUS + green cement + traditional materials + sustainable building design.

Conclusion:
India cannot realistically eliminate cement from modern construction. The focus should therefore be on reducing cement dependence, lowering its carbon intensity and promoting region-specific sustainable construction to reconcile Viksit Bharat 2047 with Net-Zero 2070.

समाचार में क्यों?
भारत 2047 तक विकसित अर्थव्यवस्था बनने और 2070 तक नेट-जीरो उत्सर्जन प्राप्त करने का लक्ष्य रखता है। दोनों लक्ष्यों को प्राप्त करने के लिए सीमेंट और निर्माण क्षेत्र का डीकार्बनाइजेशन आवश्यक है।

सीमेंट जलवायु चुनौती क्यों है?

• निर्माण क्षेत्र वैश्विक ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन में लगभग 35–40% का योगदान देता है, मुख्य रूप से स्टील और सीमेंट के माध्यम से।
• अकेले सीमेंट वैश्विक उत्सर्जन में लगभग 7–11% का योगदान करता है।
• यह एक कठिन-से-कम करने योग्य (hard-to-abate) क्षेत्र है क्योंकि CO₂ ऊर्जा उपयोग और चूना पत्थर कैल्सीनेशन दोनों से निकलता है।
• क्लिंकर बनाने के लिए चूना पत्थर को लगभग 1,450°C पर गर्म किया जाता है।
• भारत का सीमेंट उद्योग प्रति टन सीमेंट लगभग 0.62 टन CO₂ उत्सर्जित करता है।
• सीमेंट उत्पादन 334 मीट्रिक टन (2019–20) से बढ़कर 2070 तक 1,546 मीट्रिक टन हो सकता है।

पर्यावरणीय प्रभाव क्या हैं?

• चूना पत्थर खनन: वनों की कटाई और उपजाऊ मिट्टी की हानि।
• उच्च तापमान उत्पादन: भारी ऊर्जा खपत।
• कैल्सीनेशन: रासायनिक प्रतिक्रिया के माध्यम से CO₂ का प्रत्यक्ष उत्सर्जन।
• परिवहन: अतिरिक्त कार्बन उत्सर्जन।
• वायु प्रदूषण: NOx, SO₂ और कणिकीय पदार्थ।
• पारिस्थितिक हानि: वनस्पति और कार्बन अवशोषण में कमी।

सीमेंट उत्सर्जन कैसे कम किए जा सकते हैं?
वैकल्पिक ईंधन:

• कोयले के स्थान पर नगरपालिका अपशिष्ट से प्राप्त रिफ्यूज-डेरिव्ड फ्यूल (RDF) का उपयोग।
• नीति आयोग का लक्ष्य 2030 तक 20% थर्मल प्रतिस्थापन है।

कम क्लिंकर सामग्री:

• क्लिंकर के स्थान पर फ्लाई ऐश और औद्योगिक स्लैग का उपयोग।
• 1 टन क्लिंकर के प्रतिस्थापन से लगभग 0.83 टन CO₂ का उत्सर्जन रोका जा सकता है।

नवीकरणीय ऊर्जा:

• नवीकरणीय बिजली और सीमेंट उत्पादन के विद्युतीकरण को बढ़ावा देना।

कार्बन कैप्चर:

• CCUS महत्वपूर्ण है क्योंकि कैल्सीनेशन से होने वाले प्रक्रिया उत्सर्जन को पूरी तरह समाप्त नहीं किया जा सकता।

ग्रीन सीमेंट:

• पोर्टलैंड पॉज़ोलाना सीमेंट (PPC) और पोर्टलैंड स्लैग सीमेंट (PSC) को बढ़ावा देना।
• कम-कार्बन सीमेंट की सरकारी खरीद बढ़ाना।

पारंपरिक सीमेंट के विकल्प क्या हैं?

• चूना और चूना-सुरखी मोर्टार
• मिट्टी, अर्थ और रैम्ड-अर्थ निर्माण
• संपीडित मिट्टी के ब्लॉक
• हिमाचल प्रदेश की काठ कुनी वास्तुकला
• बाँस और लकड़ी आधारित संरचनाएँ
• कैक्टस आधारित प्राकृतिक बाइंडर जैसे प्राकृतिक बंधक

प्रमुख चुनौतियाँ क्या हैं?

• सीमेंट का गहराई से स्थापित व्यावसायिक और आपूर्ति-श्रृंखला पारिस्थितिकी तंत्र।
• निर्माता पारंपरिक सीमेंट को गति, मजबूती, मानकीकरण और उपलब्धता के कारण प्राथमिकता देते हैं।
• पारंपरिक सामग्री हर क्षेत्र या आधुनिक ऊँची इमारतों के लिए उपयुक्त नहीं हो सकती।
• वैकल्पिक सामग्रियों को मानकीकरण, परीक्षण और व्यापक बाजार स्वीकृति की आवश्यकता है।

आगे की राह क्या होनी चाहिए?
स्वच्छ ईंधन + नवीकरणीय ऊर्जा + कम क्लिंकर अनुपात + CCUS + ग्रीन सीमेंट + पारंपरिक सामग्री + सतत भवन डिजाइन।

निष्कर्ष:
आधुनिक निर्माण से सीमेंट को पूरी तरह समाप्त करना व्यावहारिक रूप से संभव नहीं है। अतः ध्यान सीमेंट पर निर्भरता कम करने, इसकी कार्बन तीव्रता घटाने और क्षेत्र-विशिष्ट सतत निर्माण को बढ़ावा देने पर होना चाहिए, ताकि विकसित भारत 2047 और नेट-जीरो 2070 दोनों लक्ष्यों को संतुलित किया जा सके।