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Forschungsstelle
BFE
Projektnummer
SI/502204
Projekttitel
DecarbCem – Technology assessment and policy relevant evidencefor the decarbonization of the Swiss ce­ment industry

Texte zu diesem Projekt

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Kurzbeschreibung
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Schlussbericht
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Erfasste Texte


KategorieText
Kurzbeschreibung
(Deutsch)
Das 2050 Nettonullziel der Schweiz benötigt die substantielle Dekarbonisierung der Industrie (vgl. die Energieperspektiven 2050+ ). Der Zementindustrie kommt dabei besondere Bedeutung zu, da sie ca. 8% der C02 Emissionen verursacht. Die komplexe Emissionsstruktur (Prozess- und Brennstoffemis­sionen) erfordert die Betrachtung aller potentiellen Dekarbonisierungstechnologien. Die Industrie hat begonnen, diese Technologien zu untersuchen. Es bestehen erhebliche Unterschiede im Hinblick auf Entwicklungsstand, Kosten und regulatorischen Rahmenbedingungen. Das Projekt führt in einem ers­ten Schritt eine Synthese der techno-ökonomischen lnsights der Technologien durch, um einen Über­blick über Entwicklungstand und Kosten, sowie eine Vergleichbarkeit der Optionen (auch im Hinblick auf die mögliche Realisierung negative Emissionen) zu erlangen. Zweitens werden die regulatorischen Rahmenbedingungen für die Realisierung der einzelnen Technologien untersucht, Um politisch rele­vante Einsichten und Optionen zu gewinnen.
Schlussbericht
(Deutsch)
Die Schweiz hat sich verpflichtet, ihre Treibhausgasemissionen bis 2030 gegenüber dem Stand von 1990 zu halbieren und bis 2050 auf Null zu reduzieren, um die globale Erwärmung auf 1,5°C über dem vorindustriellen Niveau zu begrenzen [7]. Da die Zementindustrie für etwa 5 % der gesamten Schweizer Emissionen und fast 25 % aller Industrieemissionen in der Schweiz verantwortlich ist, besteht ein klarer Konsens über die Notwendigkeit einer Dekarbonisierung des Sektors [1][2]. Das Projekt wurde durch die Notwendigkeit einer umfassenden und detaillierten techno-ökonomischen Analyse aller Technologien für die Dekarbonisierung der Zementindustrie vorangetrieben, die für den schweizerischen Kontext modelliert und angepasst wurden, um eine kohärente Grundlage für verschiedene politische Optionen zu schaffen, die den Übergang zu einer Netto-Null-Produktion von Zement fördern. Diese Studie zielt darauf ab, die technisch-ökonomischen Erkenntnisse der Technologien zusammenzufassen, um einen Überblick über den Entwicklungsstand und die Kosten sowie eine Vergleichbarkeit der Optionen in der Schweiz (auch im Hinblick auf eine mögliche Realisierung negativer Emissionen) zu erhalten. In einem zweiten Schritt werden die technischen, ökonomischen, kommerziellen, organisatorischen und regulatorischen Barrieren untersucht, und es werden zunächst politische Optionen zur möglichen Überwindung dieser Hindernisse erörtert und diskutiert. In Teil I wird nach einer ersten Literaturrecherche und einer vorläufigen Konsolidierung der verfügbaren Dekarbonisierungs-Technologien ein Workshop mit Vertretern der verschiedenen Projektbeteiligten durchgeführt, welcher zu einer Priorisierung der relevanten Technologien für weitere Untersuchungen führt. Es wird eine detaillierte Analyse dieser CO2-Minderungsoptionen durchgeführt, darunter alternative Brennstoffe, Energieeffizienz, Klinkersubstitution, alternative Klinker und Kohlenstoffabscheidung. Bei der Bewertung werden die verschiedenen Technologien anhand mehrerer Kriterien im Schweizer Kontext untersucht, nämlich CO2-Reduktionspotenzial, Kosten, technischer Reifegrad (TRL), usw. Sowohl das CO2-Vermeidungspotenzial als auch die Kosten werden für jede Technologie berechnet, um einen Vergleich der verschiedenen Optionen zu ermöglichen. Das Potenzial für negative Emissionen in der Zementindustrie wird ebenfalls untersucht. Mit diesen Daten entwerfen wir mehrere Dekarbonisierungspfade, indem wir verschiedene Reduzierungsoptionen kombinieren und ihre kumulativen Auswirkungen auf das Erreichen von Netto-Null für die Schweizer Zementindustrie bewerten. Für jeden Weg berechnen wir auch die Kosteneffizienz jedes technologischen Szenarios. Die Ergebnisse zeigen, dass sich die in Teil l dieser Studie bewerteten Dekarbonisierungs-Technologien und -ansätze in unterschiedlichen Stadien der Kommerzialisierung und Entwicklung befinden. Energieeffizienz, Klinkersubstitution und alternative Brennstoffe sind in der europäischen Zementindustrie bereits gängige Praxis, während alternative Klinker und Kohlenstoffabscheidung neuartige Lösungen sind. Letztere sind daher mit höheren Investitionskosten und Risiken verbunden als die etablierten Dekarbonisierungsmassnahmen; ihre potenziellen Klimaauswirkungen sind jedoch vergleichsweise höher. Insgesamt kommen wir zu dem Schluss, dass Netto-Null-Emissionen für die Schweizer Zementindustrie bis 2050 erreichbar sind, aber vom Einsatz der Kohlenstoffabscheidung abhängen. Je nach CO2-Minderungspfad sind sogar negative Emissionen möglich. Mit Blick auf die absoluten Kosten ist der kostengünstigste Weg zu Netto-Null-Emissionen ein diversifiziertes Lösungsportfolio, d.h. eine Kombination aus Energieeffizienz, Klinkersubstitution, alternativen Brennstoffen und Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (CCS). Basierend auf unseren Annahmen und Analysen führt dieser Weg zu CO2-Vermeidungskosten von insgesamt 113 CHF/TonneCO2, was zu modellierten jährlichen Dekarbonisierungskosten von rund 300 Millionen CHF für die Schweizer Zementindustrie führt. Eine Sensitivitätsanalyse zeigt, dass die Vermeidungskosten mit einem geringeren Anteil von Biomasse im Brennstoffmix steigen (aufgrund geringerer Einnahmen aus Gutschriften zur Kohlendioxid-Entfernung [CDR]), während die Kosten mit einem geringeren Klinker-Zement-Verhältnis sinken. Da die Schweizer Zementwerke am Schweizer Emissionshandelssystem (ETS), einem marktbasierten CO2-Preisinstrument, teilnehmen müssen, können die Vermeidungskosten mit dem CO2-Preis im ETS verglichen werden, um die Kosteneffizienz von Dekarbonisierungsmaßnahmen zu bewerten; dieser liegt zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Berichts bei rund 86 CHF/tCO2. Eine Einzelbetrachtung der Minderungsoptionen zeigt Folgendes: Eine Erhöhung der Klinkersubstitution ist prinzipiell immer möglich und senkt sogar die Gesamtkosten der Dekarbonisierung. Alternative Brennstoffe, insbesondere der Ausbau der Biomasse, können zur Dekarbonisierung des Brennstoffmixes beitragen, der 30 % der Gesamtemissionen ausmacht. Biomasse würde in Kombination mit CCS negative Nettoemissionen ermöglichen und bleibt im Vergleich zum heutigen ETS-Preis kosteneffizient, selbst wenn die Biomassepreise in den nächsten Jahren steigen. Was die negativen Emissionen betrifft, so zeigen unsere Ergebnisse, dass die Schweizer Zementindustrie selbst bei den heute verwendeten Biomassemengen eine beträchtliche Menge an CDR zu einem wettbewerbsfähigen Preis im Vergleich zu anderen dauerhaften CDR-Lösungen erzeugen könnte. Dies könnte zusätzliche Einnahmen durch den Verkauf von CDR-Gutschriften ermöglichen. Für CCS gibt es zahlreiche technologische Optionen, von denen einige kommerziell validiert und am Markt verfügbar sind. CCS verursacht zwar höhere CO2-Vermeidungskosten als andere Minderungsoptionen, hat aber auch ein deutlich höheres Vermeidungspotenzial. Unsere Analyse zeigt, dass das Erreichen einer Netto-Null-Emission in der Schweizer Zementindustrie ohne den Einsatz von CCS nicht machbar ist. Alternative Klinker sind heute teuer und bieten ein vernachlässigbares CO2-Vermeidungspotenzial. Teil II des Berichts befasst sich mit den Hindernissen für die Einführung dieser Dekarbonisierungstechnologien sowie mit einer Reihe von Policy-Optionen, mit denen diese Hindernisse möglicherweise beseitigt werden könnten. In einem ersten Schritt erarbeiten wir durch Literaturrecherche und Befragung von Stakeholdern einen Überblick über die Hindernisse, wobei wir ein breites Spektrum von technischen, wirtschaftlichen, kommerziellen, organisatorischen und regulatorischen Hindernissen abdecken. Anschliessend werden aus der Literatur und aus Interviews mit Experten aus der Wissenschaft, Think Tanks, Nichtregierungsorganisationen, Regulierungsbehörden und politischen Gremien potenzielle Policy-Optionen zusammengetragen, wobei auch Beispiele aus anderen Ländern herangezogen werden. Anschliessend wird ein Stakeholder-Workshop durchgeführt, um die Ergebnisse zu validieren und zusammenzufassen. Die Analyse der Hindernisse zeigt folgende Herausforderungen auf, welche für die einzelnen Technologien unterschiedlich komplex sind: Die Klinkersubstitution, bei der Klinker durch andere Materialien wie z. B. Flugasche ersetzt wird und die im Vergleich zu Lösungen wie CCS relativ niedrige Emissionsminderungskosten aufweist, stösst auf technische Hindernisse und Nachfragebeschränkungen aus dem Markt, da hochgemischte Zemente zu längeren Abbindezeiten und Verzögerungen auf der Baustelle führen, was sich wirtschaftlich auf das Bauprojekt auswirkt. Die lokale und langfristige Verfügbarkeit und der künftige Preis von SCMs (Supplementary Cementitious Materials) sind weitere Hindernisse für die breite Einführung solcher Zemente. Bei alternativen Brennstoffen wie Biomasse und grünem Wasserstoff ist ihre künftige langfristige Verfügbarkeit in ausreichenden Mengen ein wichtiges Anliegen der Zementhersteller und stellt ein Hindernis für wesentliche Änderungen im Brennstoffmix dar. CCS ist eine entscheidende Technologie, um in der Zementindustrie Netto-Null-Emissionen zu erreichen, und ist mit mehreren Einführungshürden verbunden. Je nach gewählter Abscheidetechnologie erhöht CCS den Energiebedarf der Industrie beträchtlich; beispielsweise erhöht die MEA-Technologie zur CO2-Abspaltung den Bedarf an elektrischer und thermischer Energie fast um den Faktor zwei, wenn sie in allen Schweizer Zementwerke installiert wird. Andere, weniger weit entwickelte Abscheidungstechnologien haben andere Energiebedarfsprofile. Ein ausreichendes Angebot an erneuerbarer/CO2-neutraler Energie ist daher ebenso wichtig wie die Verfügbarkeit einer nationalen und internationalen CO2-Transport- und Speicherinfrastruktur. Darüber hinaus stellen die deutlich gestiegenen Kosten für die Klinkerproduktion und die fehlende langfristige Investitionssicherheit eine Herausforderung dar. Alternative Klinker sind heute dreimal so teuer wie herkömmlicher Klinker, es fehlen einschlägige Normen und die meisten befinden sich in einem frühen Entwicklungsstadium, was ihr Minderungspotenzial bis 2050 einschränkt.
Insgesamt könnte die Politik der EU und der Schweiz potentiell zur Überwindung dieser Hindernisse beitragen. Zwar gibt es derzeit weltweit nur wenige zementspezifische Politikmassnahmen, doch könnten eine Reihe bestehender und diskutierter Policy-Optionen aus anderen Kontexten und Branchen in Betracht gezogen werden. Einige technologiespezifische Hindernisse scheinen massgeschneiderte regulatorische Lösungen zu erfordern. Hindernisse bei der Substitution von Klinker könnten beispielsweise durch eine Umstellung von der präskriptiven Schweizer Betonverordnung auf einen leistungsorientierten Ansatz angegangen werden, der eine allgemeine Verringerung der Klinker- und Zementproduktion ermöglichen könnte.
Bei Technologien, die mit erheblichen Investitionen und hohen CO2-Minderungskosten verbunden sind, wie z.B. CCS, reichen der derzeitige CO2-Preis und die Ungewissheit über die Infrastruktur und die Verfügbarkeit von Brennstoffen und Energie nicht aus, um Investitionsaktivität zu rechtfertigen. Um diese Hürden zu überwinden, bestehen eine Reihe von politischen Instrumenten, die mittelfristig von Subventionen über Anreize bis hin zu Preismechanismen reichen. In der Europäischen Union wurde hier bereits ein Rahmen erarbeitet, in dem potentiell komplementäre Policy-Optionen zusammengefügt wurden: Er beinhaltet Carbon Contracts for Difference (CCfD) zur Deckung der zusätzlichen Kosten der CO2-Vermeidung, die schrittweise Abschaffung kostenloser Zertifikatezuteilungen und den Carbon Border Adjustment Mechanism (CBAM) zur Schaffung gleicher Wettbewerbsbedingungen für Importe und zur Vermeidung von Carbon Leakage. Diese Politikmassnahmen könnten unter Umständen durch Mechanismen ergänzt werden, die eine anfängliche Marktnachfrage schaffen, wie z. B. ein kohlenstoffarmes öffentliches Beschaffungswesen. Längerfristig könnte CCS unter der Annahme eines wahrscheinlichen Anstiegs der Kohlenstoffpreise und strengerer internationaler Emissionsziele kommerziell rentabel werden. Zusätzlich ist es denkbar, dass die dem Handel ausgesetzten Sektoren möglicherweise weniger Schutz benötigen könnten. So könnte es eine Option sein, die Kosten und Risiken allmählich auf den privaten Sektor zu übertragen. Darüber hinaus könnten CO2-Normen für lokal hergestellte Produkte und Importe langfristig die Netto-Null-Kompatibilität in allen Sektoren sicherstellen und gleichzeitig die Auswirkungen auf die Wettbewerbsfähigkeit abmildern. Insgesamt bedarf die Ausgestaltung dieser Optionen und die Koordinierung mit anderen klimapolitischen Massnahmen weiterer Forschung. Parallel zu den laufenden Policy-Prozessen hat die Industrie die Möglichkeit, ihr technisches und kostenbezogenes Wissen zu erweitern und die für eine erfolgreiche Installation von CCS erforderlichen Erfahrungen durch Pilotprojekte zu sammeln, wie dies in ganz Europa und darüber hinaus bereits zu beobachten ist. Diese Pilotprojekte werden häufig von der Industrie geleitet, aber auch durch direkte staatliche Finanzierung in verschiedenen Formen von Public-Private Partnerships unterstützt. Ähnliche Ansätze werden in der Schweiz für die Zementindustrie und andere Schwerindustrien, beispielsweise durch das Pilot- und Demonstrationsprojekt DemoUpCARMA bereits verfolgt. In den Monaten, in denen dieser Bericht verfasst wurde, haben sich die klimapolitischen Strategien und Positionen weltweit und insbesondere in Europa verändert. Wir beobachten zahlreiche Brancheninitiativen und Investitionen in Forschung und Entwicklung für die CO2-Nutzung, die Erprobung und Demonstration von CCS in Zementwerken, grosse CO2-Infrastrukturprojekte etc., die bereits einige der in diesem Bericht hervorgehobenen Hindernisse angehen, insbesondere in Bezug auf technische Risiken und die Verfügbarkeit von Infrastruktur.
Zugehörige Dokumente
Schlussbericht
(Englisch)
Switzerland has committed to halving its greenhouse gas emissions by 2030 compared to 1990 levels and reaching net-zero by 2050 in an attempt to help limit global warming to 1.5°C above pre-industrial levels [7]. With the cement industry responsible for approximately 5% of total Swiss emissions and almost 25% of all industry emissions in Switzerland, there is clear consensus about the need for sector decarbonization [1][2]. This project is driven by the need for a comprehensive and detailed techno-economic analysis of all cement decarbonization technologies modeled and adapted for the Swiss context, creating a coherent baseline for various policy options to drive the transition towards net-zero cement production. This study aims to synthesize techno-economic insights of the technologies in order to get an overview of the state of development and costs, as well as a comparability of the options in Switzerland (also with regard to a possible realization of negative emissions). Secondly, the technical, economical, commercial, organizational and regulatory barriers are investigated, and policy options are initially developed and discussed to potentially overcome these obstacles.
In part I, after an initial literature review and a preliminary consolidation of the available decarbonization technologies, a workshop with the respective project stakeholders from industry and administration yields a list of prioritized CO2 mitigation technologies for further investigation, including alternative fuels, energy efficiency, clinker substitution, alternative clinkers and carbon capture. The assessment explores the different technologies along multiple criteria in the Swiss context, namely CO2 reduction potential, cost, technical readiness level (TRL), etc. Both CO2 abatement potential and costs are calculated per technology allowing for a comparison of the different options. The potential for negative emissions in the cement industry is also explored. With this data, we draft multiple decarbonization pathways by combining different mitigation options and assessing their cumulative impact in reaching net-zero for the Swiss cement industry. For each pathway, we also calculate the cost-effectiveness of each technological scenario. The results show that the decarbonization technologies and approaches assessed in Part l of this study are at different stages of commercialization and development. Energy efficiency, clinker substitution and alternative fuels are already common practice in the European cement industry while alternative clinkers and carbon capture are novel solutions. The latter are thus associated with higher investment costs and risks than the established decarbonization measures; yet, their potential climate impact is comparably higher. Overall, we conclude that net-zero emissions are achievable by 2050 for the Swiss cement industry but hinge on the deployment of carbon capture. Depending on the CO2 mitigation pathway, even negative emissions are possible. On an absolute cost basis, the least cost pathway to net-zero is through a diversified portfolio of solutions, i.e., a combination of energy efficiency, clinker substitution, alternative fuels and carbon capture and storage (CCS). Based on our assumptions and analysis, this pathway yields an overall CO2 abatement cost of 113 CHF/tonCO2, leading to modelled annual decarbonization cost of around 300 million CHF for the Swiss cement industry. A sensitivity analysis shows that abatement costs increase with lower shares of biomass in the fuel mix (due to lower carbon dioxide removal [CDR] credit revenues), while costs decrease with reductions in clinker-cement ratio. Since Swiss cement plants must participate in the Swiss Emissions Trading System (ETS), a market-based CO2-pricing instrument, the abatement costs can be compared to the CO2 price in the ETS - which is around 86 CHF/tonCO2 at the time of writing this report - to assess the cost effectiveness of decarbonisation measures.An individual consideration for the mitigation options reveals the following: Increasing clinker substitution, in principle, is always possible and even lowers the overall cost of decarbonization. Alternative fuels, especially the ramp up of biomass, can contribute to the decarbonization of the fuel mix which amounts to 30% of the total emissions. Biomass would allow for net negative emissions in combination with CCS and remains cost effective vis-á-vis today’s ETS price even if the prices of biomass increase over the next years. With regards to negative emissions, our findings show that the Swiss cement industry could generate a substantial quantity of CDR, even at the biomass volumes used today at a competitive price compared to other permanent CDR solutions. This could allow for additional revenue generation through the sale of CDR credits. For CCS, numerous technology options exist, with some being commercially validated and readily available. While CCS leads to higher CO2 abatement costs than other mitigation options, its abatement potential is also significantly higher. Our analysis shows that reaching net-zero in the Swiss cement industry is not feasible without CCS deployment. Alternative clinkers are expensive today and offer negligible CO2 abatement potential.
Part II of the report focuses on the deployment barriers of these decarbonization technologies as well as a range of policy options to potentially address them. As a first step, we develop an overview over barriers through literature research and stakeholder interviews, covering a broad range from technical, economical, commercial, organizational to regulatory barriers. Next, potential policy options are collected from literature and interviews with domain experts from academia, think tanks, NGOs and regulatory and political bodies, also drawing on examples from other countries. When then hold a stakeholder workshop to validate and synthesize the findings. The barrier analysis yields the following implementation challenges with different degrees of complexity for the individual technologies:
Clinker substitution, which involves the substitution of clinker with other materials such as fly ash, with a relatively low abatement cost compared to solutions like CCS, faces technical and market demand barriers as highly blended cements lead to longer setting times and on-site delays with economic implications for the construction project. The local and long-term availability and future price of supplementary cementitious materials (SCMs) are further obstacles to the large-scale rollout of such cements.
For alternative fuels such as biomass and green hydrogen, their future long-term availability in sufficient volumes is a relevant concern for cement manufacturers and poses a barrier to significant fuel mix changes.
As a crucial technology to reach net-zero in the cement industry, CCS is associated with several deployment hurdles. Depending on the selected capture technology, CCS increases industry energy demand significantly; adsorption-based MEA capture, for instance, would increase electric energy and thermal demand by almost a factor two if rolled out to all Swiss cement plants. Other less mature capture technologies have different energy demand profiles. A sufficient supply of renewable/CO2 neutral energy is therefore relevant as well as the availability of a national and international CO2 transport and storage infrastructure. In addition, the notable increase in the cost of producing clinker from 75CHF/tclinker to 191 CHF/tclinker and the perceived lack of long-term investment security pose challenges.
Alternative clinkers today are three times more expensive than conventional clinker, lack relevant standards and most are in early-stage development, limiting their potential for mitigation on the timescale until 2050.
EU and Swiss policy could help in overcoming these barriers. While there are few cement-specific policies in place globally already, a number of existing and discussed policy options from other contexts and industries could be considered. Some technology-specific barriers appear to call for tailored regulatory solutions. Clinker substitution barriers, for instance, could be addressed by a shift from the prescriptive Swiss concrete code to a performance-based approach, allowing for the overall reduction in clinker and cement production. For technologies involving significant investments and high costs per ton such as CCS, the current CO2 price and uncertainty over infrastructure and fuel and energy availability are insufficient to justify the expenditures. To overcome these hurdles, a range of policy instruments are being developed for the medium term, covering subsidies, incentives and pricing mechanisms. A significant body of work has been created in the European Union, with the development of complementary mechanisms into a framework, combining Carbon Contracts for Difference (CCfD) to cover the additional costs of CO2 abatement, the phase out of free allocations and the Carbon Border Adjustment Mechanism (CBAM) to create a level playing field with imports and avoid carbon leakage. These policies could potentially be complemented with mechanisms that create initial demand, such as low carbon public procurement. Prospectively, in the longer term, assuming a likely increase in carbon prices and more stringent international emissions targets, CCS may move towards commercial viability and trade exposed sectors could potentially require less protection. In this way, it may be an option to let the costs and risks gradually transition to the private sector. In addition, CO2 standards imposed on locally produced products and imports in the long-term could ensure net-zero compatibility across all sectors while mitigating the impact on competitiveness. Overall, the design of these options and coordination with other climate policies requires further research. In parallel to the ongoing policy evaluation and design efforts, industry players have the opportunity to expand technical and cost knowledge and gain experience required for successful installation of CCS through pilot projects as can be seen throughout Europe and beyond. These pilots are often industry-lead but are supported through direct state funding in different forms of public-private partnerships. Similar approaches are being adopted in Switzerland for the cement and other heavy industries, such as the pilot and demonstration project DemoUpCARMA. Within the months of writing this report, there have been significant shifts in climate policies and positions globally and particularly in Europe. We observe numerous industry-lead initiatives and investments into R&D for CO2 utilization, piloting and demonstrating CCS on cement plants, large CO2 infrastructure projects and more that are already addressing some of the barriers highlighted in this report, especially on technical risks and infrastructure availability.
Zugehörige Dokumente
Schlussbericht
(Französisch)
La Suisse s'est engagée à réduire de moitié ses émissions de gaz à effet de serre d'ici 2030 par rapport aux niveaux de 1990 et à atteindre un niveau net zéro d'ici 2050 afin de contribuer à limiter le réchauffement climatique à 1,5°C au-dessus des niveaux préindustriels [7]. L'industrie du ciment étant responsable d'environ 5 % des émissions totales de la Suisse et de près de 25 % de toutes les émissions de l'industrie en Suisse, il existe un consensus clair sur la nécessité de décarboniser le secteur [1][2]. Ce projet est motivé par le besoin d'une analyse technico-économique complète et détaillée de toutes les technologies de décarbonisation du ciment modélisées et adaptées au contexte suisse, créant ainsi une base de référence cohérente pour les différentes options politiques visant à conduire la transition vers une production de ciment nette zéro. Cette étude vise à synthétiser les connaissances technico-économiques des technologies afin d'obtenir une vue d'ensemble de l'état de développement et des coûts, ainsi qu'une comparabilité des options en Suisse (également en ce qui concerne la réalisation possible d'émissions négatives). Ensuite, les barrières techniques, économiques, commerciales, organisationnelles et réglementaires sont étudiées, et des options politiques sont initialement développées et discutées pour potentiellement surmonter ces obstacles. Dans la première partie, après une première revue de la littérature et une consolidation préliminaire des technologies de décarbonisation disponibles, un atelier avec les parties prenantes respectives de l'industrie et de l'administration permet d'établir une liste de technologies d'atténuation du CO2 prioritaires pour une étude plus approfondie. Une analyse détaillée des options d'atténuation du CO2 est réalisée, notamment les carburants de substitution, l'efficacité énergétique, la substitution du clinker, les clinkers de substitution et la capture du carbone. L'évaluation explore les différentes technologies selon plusieurs critères dans le contexte suisse, à savoir le potentiel de réduction du CO2, le coût, le niveau de préparation technique (TRL), etc. Le potentiel de réduction du CO2 et les coûts sont calculés par technologie, ce qui permet de comparer les différentes options. Le potentiel d'émissions négatives dans l'industrie du ciment est également étudié. Grâce à ces données, nous élaborons plusieurs voies de décarbonisation en combinant différentes options d'atténuation et en évaluant leur impact cumulatif pour atteindre le niveau net zéro pour l'industrie suisse du ciment. Pour chaque voie, nous calculons également le rapport coût-efficacité de chaque scénario technologique. Les résultats montrent que les technologies et les approches de décarbonisation évaluées dans la partie l de cette étude se trouvent à différents stades de commercialisation et de développement. L'efficacité énergétique, la substitution du clinker et les combustibles de substitution sont déjà des pratiques courantes dans l'industrie européenne du ciment, tandis que les clinkers de substitution et la capture du carbone sont des solutions nouvelles. Ces dernières sont donc associées à des coûts d'investissement et à des risques plus élevés que les mesures de décarbonisation établies ; pourtant, leur impact potentiel sur le climat est comparativement plus élevé. Dans l'ensemble, nous concluons que les émissions nettes nulles sont réalisables d'ici 2050 pour l'industrie suisse du ciment, mais qu'elles dépendent du déploiement du captage du carbone. En fonction de la voie d'atténuation du CO2, des émissions négatives sont même possibles. En termes de coût absolu, la voie la moins coûteuse pour atteindre le niveau zéro net passe par un portefeuille diversifié de solutions, c'est-à-dire une combinaison d'efficacité énergétique, de substitution du clinker, de combustibles de substitution et de captage et stockage du carbone (CSC). Sur la base de nos hypothèses et de notre analyse, cette voie permet d'obtenir un coût global de réduction du CO2 de 113 CHF/tonneCO2, ce qui se traduit par un coût annuel de décarbonisation modélisé d'environ 300 millions de CHF pour l'industrie suisse du ciment. Une analyse de sensibilité montre que les coûts de réduction augmentent avec la diminution de la part de la biomasse dans le mélange de combustibles (en raison de la baisse des revenus des crédits de suppression du dioxyde de carbone [CDR]), tandis que les coûts diminuent avec la réduction du ratio clinker-ciment. Étant donné que les cimenteries suisses doivent participer au système suisse d'échange de quotas d'émission (ETS), un instrument de tarification du CO2 basé sur le marché, les coûts de réduction peuvent être comparés au prix du CO2 dans l'ETS - qui est d'environ 86 CHF/tonneCO2 au moment de la rédaction de ce rapport - pour évaluer la rentabilité des mesures de décarbonisation. Un examen individuel des options d'atténuation révèle ce qui suit: L'augmentation de la substitution du clinker, en principe, est toujours possible et fait même baisser le coût global de la décarbonisation. Les combustibles de substitution, en particulier l'augmentation de la biomasse, peuvent contribuer à la décarbonisation du mélange de combustibles qui représente 30 % des émissions totales. La biomasse permettrait des émissions nettes négatives en combinaison avec le CSC et reste rentable par rapport au prix actuel du SCEQE, même si les prix de la biomasse augmentent au cours des prochaines années. Dans ce contexte, la bonne gouvernance et les incitations financières sont importantes pour garantir l'utilisation d'une biomasse durable. En ce qui concerne les émissions négatives, nos résultats montrent que l'industrie suisse du ciment pourrait générer une quantité substantielle de CDR, même avec les volumes de biomasse utilisés aujourd'hui, à un prix compétitif par rapport aux autres solutions de CDR permanent. Cela pourrait permettre de générer des revenus supplémentaires par la vente de crédits RDC. Pour le CSC, il existe de nombreuses options technologiques, dont certaines sont validées commercialement et facilement disponibles. Si le CSC entraîne des coûts de réduction des émissions de CO2 plus élevés que les autres solutions d'atténuation, son potentiel de réduction est également nettement supérieur. Notre analyse montre qu'il n'est pas possible d'atteindre le niveau net zéro dans l'industrie suisse du ciment sans recourir au CSC. Les clinkers alternatifs sont aujourd'hui coûteux et offrent un potentiel de réduction du CO2 négligeable. La deuxième partie du rapport se concentre sur les obstacles au déploiement de ces technologies de décarbonisation ainsi que sur une série d'options politiques permettant de les surmonter. Dans un premier temps, la recherche documentaire et les entretiens avec les parties prenantes nous permettent d'avoir une vue d'ensemble des obstacles, qu'ils soient techniques, économiques, commerciaux, organisationnels ou réglementaires. Ensuite, les options politiques potentielles sont collectées à partir de la littérature et d'entretiens avec des experts du domaine issus du monde universitaire, de groupes de réflexion, d'ONG et d'organismes réglementaires et politiques, en s'appuyant également sur des exemples d'autres pays. Nous organisons ensuite un atelier avec les parties prenantes pour valider et synthétiser les résultats. L'analyse des obstacles a permis de dégager les défis de mise en oeuvre suivants, avec différents degrés de complexité pour les différentes technologies:
La substitution du clinker, qui consiste à remplacer le clinker par d'autres matériaux tels que les cendres volantes, avec un coût de réduction relativement faible par rapport à des solutions comme le CSC, se heurte à des obstacles techniques et à la demande du marché, car les ciments fortement mélangés entraînent des temps de prise plus longs et des retards sur le chantier, avec des implications économiques pour le projet de construction. La disponibilité locale et à long terme et le prix futur des matériaux cimentaires supplémentaires (MCS) sont d'autres obstacles au déploiement à grande échelle de ces ciments.
En ce qui concerne les combustibles de substitution tels que la biomasse et l'hydrogène vert, leur disponibilité future à long terme dans des volumes suffisants est une préoccupation importante pour les fabricants de ciment et constitue un obstacle à des changements significatifs du mélange de combustibles.
Le captage et le stockage du carbone, technologie essentielle pour atteindre le niveau zéro dans l'industrie du ciment, se heurtent à plusieurs obstacles. Selon la technologie de captage choisie, le CSC augmente considérablement la demande d'énergie de l'industrie; le captage de l'AME par adsorption, par exemple, multiplierait presque par deux la demande d'énergie électrique et thermique s'il était appliqué à toutes les cimenteries suisses, selon la technologie de captage. D'autres technologies de captage moins matures présentent des profils de demande énergétique différents. Une offre suffisante d'énergie renouvelable/neutre en CO2 est donc importante, de même que la disponibilité d'une infrastructure nationale et internationale de transport et de stockage du CO2. En outre, l'augmentation notable du coût de production du clinker, qui est passé de 75 CHF/tclinker à 191 CHF/tclinker, et le manque perçu de sécurité d'investissement à long terme constituent des défis.
Les clinkers alternatifs sont aujourd'hui trois fois plus chers que le clinker conventionnel, ils ne sont pas conformes aux normes en vigueur et la plupart d'entre eux n'en sont qu'aux premiers stades de développement, ce qui limite leur potentiel d'atténuation à l'horizon 2050.
Les politiques de l'UE et de la Suisse pourraient aider à surmonter ces obstacles. Bien que peu de politiques spécifiques au ciment soient déjà en place dans le monde, un certain nombre d'options politiques existantes et discutées dans d'autres contextes et industries pourraient être envisagées. Certains obstacles spécifiques à la technologie semblent nécessiter des solutions réglementaires adaptées. Les obstacles liés à la substitution du clinker, par exemple, pourraient être levés en abandonnant le code suisse du béton, qui est prescriptif, au profit d'une approche fondée sur les performances, ce qui permettrait de réduire globalement la production de clinker et de ciment. Pour les technologies impliquant des investissements importants et des coûts élevés par tonne, comme le CSC, le prix actuel du CO2 et l'incertitude quant aux infrastructures et à la disponibilité des combustibles et de l'énergie ne suffisent pas à justifier les dépenses. Pour surmonter ces obstacles, une série d'instruments politiques sont en cours d'élaboration pour le moyen terme, couvrant les subventions, les incitations et les mécanismes de tarification. Un travail important a été réalisé dans l'Union européenne, avec le développement de mécanismes complémentaires dans un cadre, combinant les contrats sur le carbone pour la différence (CCfD) pour couvrir les coûts supplémentaires de la réduction du CO2, la suppression progressive des allocations gratuites et le mécanisme d'ajustement aux frontières du carbone (CBAM) pour créer des conditions de concurrence équitables avec les importations et éviter les fuites de carbone. Ces politiques pourraient éventuellement être complétées par des mécanismes qui créent une demande initiale, comme les marchés publics à faible teneur en carbone. À plus long terme, dans l'hypothèse d'une augmentation probable des prix du carbone et d'objectifs internationaux plus stricts en matière d'émissions, le CSC pourrait devenir commercialement viable et les secteurs exposés aux échanges pourraient nécessiter une protection moindre. Ainsi, il pourrait être envisageable de laisser les coûts et les risques passer progressivement au secteur privé. En outre, les normes de CO2 imposées aux produits fabriqués localement et aux importations à long terme pourraient garantir une compatibilité nette zéro dans tous les secteurs tout en atténuant l'impact sur la compétitivité. Dans l'ensemble, la conception de ces options et la coordination avec d'autres politiques climatiques nécessitent des recherches supplémentaires.
Parallèlement à l'évaluation des politiques et aux efforts de conception en cours, les acteurs du secteur ont la possibilité d'approfondir leurs connaissances techniques et financières et d'acquérir l'expérience nécessaire pour réussir l'installation du CSC grâce à des projets pilotes, comme on peut le constater 
dans toute l'Europe et au-delà. Ces projets pilotes sont souvent menés par l'industrie, mais sont soutenus par un financement public direct dans le cadre de différentes formes de partenariats public-privé. Des approches similaires sont adoptées en Suisse pour le ciment et d'autres industries lourdes, comme le projet pilote et de démonstration DemoUpCARMA. Au cours des mois qui ont suivi la rédaction de ce rapport, les politiques et les positions en matière de climat ont évolué de manière significative au niveau mondial, et plus particulièrement en Europe. Nous observons de nombreuses initiatives et investissements de l'industrie dans la R&D pour l'utilisation du CO2, le pilotage et la démonstration du CSC dans les cimenteries, les grands projets d'infrastructure de CO2 et plus encore qui s'attaquent déjà à certains des obstacles mis en évidence dans ce rapport, en particulier les risques techniques et la disponibilité des infrastructures.
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