Report McKinsey: L’industria del cemento nella transizione a zero emissioni

Per i produttori di cemento che cercano un posto in un futuro a zero emissioni, le offerte a basse emissioni di carbonio saranno la chiave del successo.

L’industria del cemento e del calcestruzzo ha stabilito nuovi obiettivi per ridurre e persino eliminare le emissioni, come quelli fissati dalla Global Cement and Concrete Association (GCCA). Questi obiettivi mirano a una riduzione del 20% di CO2 per tonnellata metrica di cemento e del 25% di CO2 per metro cubo di calcestruzzo entro il 2030 rispetto ai livelli del 2020. Il GCCA chiede la completa decarbonizzazione entro il 2050.

Negli ultimi decenni, i produttori di cemento si sono affidati alle leve tradizionali per ridurre le proprie emissioni, come l’aumento dell’efficienza dei combustibili e la sostituzione del clinker e dei combustibili tradizionali con opzioni più sostenibili. Tuttavia, per raggiungere le emissioni nette zero entro il 2050, la spesa annuale in conto capitale dovrà quasi raddoppiare, raggiungendo una media di 60 miliardi di dollari tra il 2021 e il 2050. Questi costi, così come quelli per lo sviluppo di nuove tecnologie e processi di decarbonizzazione, hanno reso gli operatori del settore cauti nell’adottare le innovazioni più recenti.

Percorsi innovativi per raggiungere le emissioni nette zero

Quattro percorsi sono particolarmente promettenti per affrontare efficacemente gli elementi del cemento ad alta intensità di carbonio e ridurne l’uso nel calcestruzzo. Sebbene alcune di queste soluzioni richiedano ulteriori sviluppi per essere scalabili, ognuna di esse presenta un significativo potenziale di abbattimento.

1. Clinker a basse emissioni di carbonio facilitato da CCUS

Il clinker, un materiale usato come legante nel cemento, è un componente fondamentale dei prodotti cementizi, ma il suo processo di produzione è altamente emissivo. Il clinker a basse emissioni di carbonio utilizza la tecnologia CCUS per catturare e gestire queste emissioni di carbonio prima che vengano rilasciate. Molti produttori di clinker si sono già concentrati sull’implementazione del CCUS, ma queste tecnologie hanno spesso un costo elevato e non sono ancora state sperimentate su scala industriale. Di conseguenza, la CCUS è stata esplorata soprattutto dagli operatori più grandi. Inoltre, la CCUS è generalmente economicamente redditizia solo in determinate aree che hanno accesso alla capacità di stoccaggio o agli sbocchi per il carbonio catturato (ad esempio, le applicazioni in cui viene utilizzato il carbonio mineralizzato), al sostegno governativo e all’energia rinnovabile a prezzi accessibili, che è particolarmente importante per la produzione di clinker.

In alcune regioni, gli operatori storici stanno valutando l’opportunità di modificare gli impianti esistenti, il che può avere senso laddove sia disponibile la capacità di trasporto e di stoccaggio, oltre allo spazio necessario negli impianti esistenti. Inoltre, il clinker a basse emissioni di carbonio con tecnologia CCUS potrebbe diventare più diffuso con la costruzione di nuovi megaimpianti a zero emissioni nei mercati avvantaggiati. Tali mercati includono zone degli Stati Uniti con energia rinnovabile a basso costo e sostegno dell’IRA, nonché località europee con risorse rinnovabili, pozzi di CO2, normative di sostegno e la possibilità di esportare in tutta Europa. Gli operatori potrebbero dover ristrutturare le loro strategie di asset per beneficiare dei vantaggi di questi mercati, pur continuando a servire i loro mercati esistenti. Ciò potrebbe comportare la produzione di clinker a basse emissioni di carbonio nei megaimpianti, per poi spedirlo e macinarlo nei mercati locali. Oltre a scegliere i mercati in cui entrare, i produttori di cemento possono anche beneficiare delle economie di scala utilizzando l’intelligenza artificiale nella logistica e sfruttando impianti più grandi (da quattro a sei milioni di tonnellate metriche all’anno). I megaimpianti costruiti in modo strategico potrebbero potenzialmente ridurre i costi di produzione del clinker a basse emissioni di carbonio fino al 60%, rendendolo un’opzione economicamente più vantaggiosa.

2. Additivi

Gli additivi sono sostanze che vengono addizionate al calcestruzzo per migliorarne le prestazioni, come la durabilità e la lavorabilità. Possono anche ridurre la quantità di cemento necessaria nel calcestruzzo, abbassando i costi legati al cemento e riducendo l’impronta di carbonio del calcestruzzo. Secondo McKinsey, gli additivi hanno il potenziale per ridurre le emissioni di CO2 nel calcestruzzo fino al 30% secondo gli standard attuali e fino al 50% secondo gli standard aggiornati. Riducendo il volume di cemento necessario, gli additivi aggiuntivi consentono di mantenere stabile il costo del calcestruzzo. Gli additivi consentono inoltre di aumentare i livelli di riciclaggio del calcestruzzo e di utilizzare le fibre di rinforzo.

Tuttavia, alcuni ostacoli impediscono attualmente l’adozione diffusa degli additivi. Applicazioni diverse di calcestruzzo richiedono tipi diversi di additivi e integrare diverse miscele di calcestruzzo può rendere più complessa la pianificazione e l’esecuzione dei lavori. Inoltre, le principali parti interessate possono avere una consapevolezza limitata del potenziale di decarbonizzazione degli additivi. Nei mercati in cui gli asset di cemento offrono rendimenti significativi, c’è anche una sfida di transizione per gli operatori storici integrati, che dovranno stravolgere i propri modelli di business per aumentare gli additivi nel calcestruzzo preconfezionato (RMC).

3. Materiali cementizi innovativi

I materiali cementizi alternativi, come il cemento a basse emissioni di carbonio o il calcestruzzo geopolimerico, hanno tradizionalmente faticato a diventare di scala. Tuttavia, le attuali tendenze di investimento e i rapidi progressi tecnologici hanno permesso alle start-up di rivoluzionare lo scenario dei materiali cementizi alternativi con offerte a basso contenuto di carbonio. Ad esempio, Brimstone sostituisce il calcare nella produzione di cemento tradizionale con una roccia di silicato di calcio, mentre Sublime Systems utilizza un processo elettrochimico che elimina la necessità di un forno. Sebbene questi approcci siano nuovi, i dati sugli investimenti indicano che l’interesse per i materiali cementizi alternativi è alto: Brimstone ha annunciato un round di finanziamento da 55 milioni di dollari nel 2022 e Sublime Systems ha raccolto più di 40 milioni di dollari in due round di finanziamento dal 2021.

In particolare, i materiali cementizi supplementari (SCM) offrono modi promettenti per ridurre significativamente l’impronta di carbonio del cemento e del calcestruzzo tradizionali. I materiali cementizi complementari tradizionali, come le ceneri volanti, le scorie d’altoforno granulate (GGBFS) e i fumi di silice, possono essere utilizzati per sostituire parzialmente il clinker utilizzato nel cemento o il contenuto di cemento nel calcestruzzo. Ciò può comportare vantaggi sia in termini di sostenibilità che di costi, ma in genere gli SCM non vengono sfruttati appieno. In molti mercati, le norme locali e regionali limitano il volume di SCM tradizionali nel cemento in base alle loro proprietà idrauliche e cementizie. Per esempio, l’Unione Europea limita le ceneri volanti a un massimo del 35%, mentre gli Stati Uniti le limitano al 40%. I nuovi SCM, come l’argilla calcinata, il calcare e il calcestruzzo riciclato, potrebbero richiedere una rivalutazione di questi standard per massimizzare le prestazioni e il potenziale di decarbonizzazione del cemento e del calcestruzzo, in particolare quando la disponibilità di SCM tradizionali diminuisce 

4. Circolarità dei materiali

Le economie circolari mirano a minimizzare l’impatto ambientale del calcestruzzo utilizzando meno cemento vergine – e quindi meno clinker – nella sua produzione. Per incrementare la circolarità, gli operatori del cemento e del calcestruzzo possono utilizzare strategie come il riutilizzo dei rifiuti di calcestruzzo e l’incorporazione di materiali riciclati nella produzione di nuovo calcestruzzo.

Con l’aumento della circolarità dei materiali, il possesso di tecnologie di demolizione, di gestione dei flussi di rifiuti e di differenziazione diventerà sempre più importante rispetto al possesso di un impianto di combustione, che oggi è il principale punto di controllo. Di conseguenza, nuovi attori come le start-up focalizzate sulla gestione dei flussi di rifiuti e le società di infrastrutture che controllano i rifiuti dei progetti edilizi stanno entrando nello spazio dei cementi. Tuttavia, il trasporto e il trattamento dei rifiuti pongono sfide logistiche che limitano la scalabilità e rendono le catene del valore dei rifiuti altamente localizzate.

Nuovi modelli di business per capitalizzare queste opportunità

Nei prossimi anni, i produttori di cemento e i fornitori di soluzioni e servizi dovranno scegliere quali strategie e modelli di business implementare nel perseguimento del cemento a zero emissioni. L’analisi di McKinsey ha identificato nove potenziali modelli di business futuri per i produttori di cemento e i fornitori di soluzioni, che vanno da approcci completamente nuovi a piccoli aggiustamenti dello status quo. La maggior parte di questi modelli di business si basano su una soluzione specifica, studiata su misura per rispondere a un’esigenza specifica. Allo stesso tempo, molti di questi modelli di business sono complementari e possono essere combinati per una maggiore decarbonizzazione.

Produttori di cemento

Con la decarbonizzazione del settore, potrebbe emergere un nuovo panorama di produttori di cemento in grado di competere per le quote di mercato:

1. Produttori di cemento tradizionale a basso costo. Man mano che le opzioni a basso contenuto di carbonio conquistano una quota di mercato maggiore, si prevede che gli ultimi produttori di cemento tradizionale rimasti saranno operatori concentrati sulla riduzione dei costi. Si tratterà probabilmente di operatori di piccole e medie dimensioni in mercati a lenta decarbonizzazione che scelgono di superare i limiti delle leve tradizionali, tra cui la massimizzazione dell’efficienza energetica e l’utilizzo di combustibili alternativi.
2. Produttori di cemento a basse emissioni di carbonio riconvertiti. I produttori di cemento esistenti possono essere riadattati per produrre cemento a basse o nulle emissioni di carbonio, sfruttando tecnologie di decarbonizzazione come la CCUS. Queste possono essere integrate con soluzioni cementizie, come un rapporto più elevato tra SCM e clinker.
3. Disrutptor nel clinker e nel cemento a basse emissioni di carbonio. Si prevede che nuovi player entreranno con offerte di clinker e cemento a basse emissioni di carbonio. I nuovi megaimpianti di clinker e gli impianti di macinazione con capacità CCUS potrebbero produrre cemento a zero emissioni, anche se i prodotti cementizi che utilizzano clinker a basse emissioni di carbonio potrebbero variare in termini di emissioni, a seconda del mix di materiali utilizzati e del processo di produzione. Ciò potrebbe essere facilitato da accordi di offtake e dalla collaborazione diretta con sviluppatori immobiliari e appaltatori lungimiranti.
4. Operatori specializzati nella monetizzazione della CO2 (mineralizzazione). Un altro spazio emergente è la monetizzazione della CO2 attraverso la mineralizzazione. Gli operatori specializzati potrebbero utilizzare la CO2 o i rifiuti riciclati carbonizzati negli aggregati e negli SCM o direttamente nella produzione di calcestruzzo durante i processi di produzione e di indurimento.
5. Produttori innovativi di SCM. Gli operatori che si concentrano su processi e materiali innovativi potrebbero fornire materiali cementizi integrativi in sostituzione parziale o totale del clinker. Può trattarsi di sfidanti o di fornitori esistenti di operatori storici. Gli operatori di questo settore hanno anche l’opportunità di concedere in licenza la loro tecnologia.

Soluzioni e fornitori di servizi

Mentre i produttori di cemento affrontano la transizione dei materiali, altri operatori lungimiranti potranno trovare opportunità commerciali a loro favore. Questi fornitori di soluzioni potrebbero offrire clinker, cariche e miscele di cemento speciali a basse emissioni di carbonio, che saranno fondamentali per i produttori di cemento a basse emissioni di carbonio che vengono riadattati. Queste offerte potrebbero ridurre il costo della decarbonizzazione dal lato della produzione di cemento e calcestruzzo, consentendo al contempo di ottenere le massime prestazioni dei materiali e la minore impronta di CO2 possibile.

6. Riciclatori di materiali da costruzione. Questi operatori possiederanno i rifiuti da costruzione e demolizione, controllando una fonte significativa di materie prime per le nuove costruzioni.
7. Fornitori di CCUS-as-a-service. Gli operatori emergenti possono offrire capacità CCUS end-to-end, dalla tecnologia e dal funzionamento delle unità di cattura del carbonio allo stoccaggio e al trasporto della CO2 ai pozzi di assorbimento.
8. Fornitori di soluzioni chimiche per l’edilizia. Gli operatori nuovi e consolidati possono sviluppare prodotti chimici e additivi innovativi che consentono una quota maggiore di materiali cementizi nel cemento, una minore quantità di cemento nel calcestruzzo e una maggiore riciclabilità del calcestruzzo. Ad esempio, Sika ha annunciato il progetto LC3 con il Politecnico Federale di Losanna per ridurre la quantità di clinker tradizionale necessaria nel cemento.
9. Ottimizzazione delle miscele di cemento armato: i protagonisti delle piattaforme. Le nuove piattaforme potrebbero offrire modelli software-as-a-service basati sui dati per l’ottimizzazione delle miscele RMC, che potrebbero ridurre la dipendenza dei produttori da specifici tipi di cemento. Inoltre, gli operatori di piattaforma focalizzati sulla tecnologia che utilizzano questi modelli potrebbero creare attività relativamente meno intensive in termini di capitale.