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Cementing a revolution
LC3 has proven to be a viable, sustainable alternative to heavily polluting cement lowers greenhouse gas emissions during the production process.
Preeti Mehra, The Hindu Business Line (India)
Read more on Les Affaires (in French).
As a $2-trillion- plus economy growing at above 7 percent a year, India has a gargantuan appetite for a variety of commodities. As borne out by the construction boom that is manifest across the country, it is also the world’s second-largest manufacturer and consumer of cement, next only to China.
The cement production process releases greenhouse gas emissions, both directly and indirectly. “A lot of carbon dioxide (CO 2 ) is emitted from burning fuel and the conversion of limestone to oxide during cement production,” notes Ravindra Gettu, Professor of Civil Engineering and Associate Dean of Industrial Consultancy and Sponsored Research at the Indian Institute of Technology, Madras.
From a climate change perspective, this is a disaster waiting to happen. The search for alternatives has led to the pathbreaking technology for the development of Limestone Calcined Clay Cement (LC 3 ), an alternative building material that lowers CO 2 emissions and energy consumption. It is cheaper to produce, requires low capital investment and has the potential to become the best sustainable substitute for Ordinary Portland Cement (OPC) or the fly ash-based Portland Pozzolana Cement (PPC).
In India, pilot production of LC 3 was completed in January 2015. Today, two buildings constructed with LC 3 and LC 3 -based building materials bear testimony to the technology : the Swiss embassy in New Delhi, and TARAgram Orchha near Jhansi in central India, which houses an office of Development Alternatives (DA), one of India’s oldest social enterprises that focusses on sustainable development.
DA collaborated on an LC 3 technology development project with Switzerland-based École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), which conducted the initial research.
“LC 3 is now about to be certified, standardised and produced commercially – in India and in countries across South America, Africa and Asia,” says Vaibhav Rathi, Deputy Manager – Environmental Management, at DA.
But what exactly is LC 3 , and why does it have anyone concerned about climate change excited ?
LC3’s unique selling point is its composition: 50 per cent clinker; 30 per cent calcined clay, 15 per cent limestone and 5 per cent gypsum. The clinker content is about half as much as in OPC (which has 95 per cent clinker), but the ‘secret sauce’ is calcined clay, which is waste china clay abandoned by mine owners for its poor quality.
To produce LC 3 cement, this waste is calcined at 750-850 degrees Centigrade; a process which requires half the energy used for clinker production and can be carried out using existing rotary kilns.
The limestone used is again of low grade, and can be substituted by waste material from marble and kota stone, a fine-grained variety. DA and IIT Delhi are carrying out extensive research, which, if successful, will make productive use of the 7 million tonnes of marble sludge waste generated every year in Rajasthan alone.
Produced in a similar manner as commercial cement, LC 3 is stronger than both OPC and PPC. Its production process accounts for 30 percent less CO 2 emissions than OPC and 11 percent less than PPC.
The research team has conducted LC 3 life-cycle analyses at two large cement plants. “We have moved from the lab stage to the pilot stage, and the feedback from companies is good,” says Rathi.
“This is an important material, but it will take time to perfect,” says Shashank Bishnoi, Assistant Professor at the Department of Civil Engineering, IIT-Delhi.
As part of its research, the LC 3 team has resource-mapped china clay availability in Rajasthan and Gujarat. An interactive GIS-based map provides details of the mine, its owner and the quality of raw material available. This could provide crucial information for Indian cement firms looking to turn to cleaner technology.
As a sustainable, viable alternative to cement, LC 3 has enormous potential. “It can be easily replicated anywhere in the world, wherever china clay is available in abundance,” notes Rathi.
Avec une économie de plus de 2 milliards de dollars et une croissance supérieure à 7 % par an, l’Inde possède un appétit gargantuesque pour des marchandises en tous genres. Comme en témoigne l’explosion dans le domaine du bâtiment visible dans tout le pays, l’Inde est la deuxième puissance au monde pour la production et la consommation de ciment, juste après la Chine.
La production de ciment libère des émissions de gaz à effet de serre, à la fois directement et indirectement. «Beaucoup d’oxyde de carbone (CO2) est libéré lors de la combustion de carburant, et de la transformation du calcaire en oxyde qui implique la fabrication du ciment» remarque Ravindra Gettu, professeur de génie civil et doyen associé du Conseil industriel et recherche subventionnée à l’Indian Institute of Technology, à Madras.
Du point de vue du changement climatique, c’est un désastre qui s’annonce. La recherche d’alternatives a conduit à la technologie innovante du «Limestone Calcined Clay Cement (LC3)» (ciment à base de calcaire broyé et d’argile calcinée), un matériau de construction alternatif qui diminue les émissions de CO2 et la consommation d’énergie. C’est moins cher à produire, demande peu d’investissement en capital et potentiellement deviendrait le meilleur substitut durable du ciment ordinaire Portland (OPC) ou du ciment à base de cendres volantes Portland Pozzolana (PPC).
En Inde, la production pilote de LC3 a été achevée en janvier 2015. Aujourd’hui, deux bâtiments construits avec du LC3 et des matériaux de construction à base de LC3 fournissent une démonstration de cette technologie: l’Ambassade suisse à New Delhi, et le TARAgram Orchha près de Jhansi en Inde centrale, qui abrite un bureau de Development Alternatives (DA), l’une des plus anciennes entreprises sociales en Inde, qui se concentre sur le développement durable.
DA a collaboré à un projet de développement de la technologie LC3 avec l’École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) en Suisse, qui a conduit la recherche initiale.
«Le LC3 est sur le point d’être certifié, standardisé et produit commercialement – en Inde et dans des pays en Amérique du Sud, en Afrique et en Asie», déclare Vaibhav Rathi, directeur adjoint de la gestion de l’environnement à DA.
Mais qu’est-ce que le LC3 exactement et pourquoi tous les acteurs inquiets du changement climatique sont-ils si intéressés?
L’originalité du LC3 réside dans sa composition: 50% de clinker; 30% d’argile calcinée, 15% de calcaire et 5% de gypse. La quantité de clinker est à peu près la moitié de celle présente dans l’OPC (qui contient 95% de clinker), mais «l’ingrédient secret» est l’argile calcinée, qui est un déchet du kaolin, abandonné par les propriétaires de mines en raison de sa mauvaise qualité.
Afin de produire le ciment LC3, ce déchet est calciné à 750-850 degrés centigrades; une procédure qui ne nécessite que la moitié de l’énergie utilisée pour la production de clinker, et peut être effectuée en utilisant des fours rotatifs existants.
Le calcaire utilisé est là encore de mauvaise qualité, et on peut lui substituer des matériaux de récupération provenant de l’exploitation du marbre et de la pierre de kota, une variété à grain fin. DA et IIT Delhi mènent des recherches approfondies qui, si elles aboutissent, permettront de faire un usage productif des 7 millions de tonnes de déchets de l’exploitation du marbre générés chaque année rien qu’au Rajasthan.
Produit de manière similaire au ciment industriel, le LC3 est plus résistant que l’OPC et le PPC. Sa production émet 30% de moins de CO2 que l’OPC et 11% de moins que le PPC.
L’équipe de recherche a mené des analyses de la durée de vie du LC3 dans deux grandes cimenteries. «Nous avons progressé du stade de laboratoire au stade pilote, et le retour des entreprises est bon», dit Rathi.
«C’est un matériau important, mais cela prendra du temps pour le perfectionner», indique Shashank Bishnoi, professeur assistant à la faculté de génie civil à l’IIT-Delhi.
Dans le cadre de sa recherche, l’équipe travaillant sur le LC3 a dessiné une carte de la localisation du kaolin disponible au Rajasthan, et au Gujarat. Une carte interactive basée sur le SIG fournit des détails sur la mine, son propriétaire et la qualité de matériau brut disponible. Cela pourrait fournir des informations cruciales aux cimenteries indiennes qui souhaitent se tourner vers des technologies plus propres.
Une alternative viable et durable au ciment, Le LC3 a un énorme potentiel. «Il peut être reproduit partout dans le monde, partout où le kaolin est disponible en abondance», souligne Rathi.
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