MCKINSEY 6 de octubre de 2023
Enfoques y materiales novedosos podrían ayudar a la industria del cemento en la transición hacia un futuro descarbonizado. En el futuro, los actores con enfoques estratégicos hacia las nuevas tecnologías podrían tener una ventaja.
Descarbonizar la industria del cemento nunca ha sido más importante. A nivel mundial, el cemento representa alrededor del 7 por ciento de las emisiones totales de gases de efecto invernadero (GEI), una de las huellas de carbono sectoriales más grandes del planeta.1Nuestra investigación sugiere que los volúmenes de producción mundial de cemento se mantendrán estables hasta 2050, lo que significa que la industria debe hacer esfuerzos activos hoy para reducir las emisiones de acuerdo con los objetivos globales y de la industria.Barra lateral
Pero el cemento es particularmente difícil de descarbonizar, porque libera directamente CO 2 en procesos químicos durante su producción.2Están surgiendo nuevas soluciones de descarbonización, desde nuevas aplicaciones de captura, utilización y almacenamiento de carbono (CCUS) en la producción de clinker hasta materiales innovadores y otras soluciones cementantes. Sin embargo, estas soluciones cambiarán significativamente el valor dentro de la industria. A medida que surgen nuevos modelos de negocio, se espera que los actores y proveedores de diferentes soluciones compitan por cuota de mercado.
Para los productores de cemento que buscan un lugar en un futuro neto cero, las ofertas bajas en carbono serán clave para el éxito. Pero los actores deben actuar estratégicamente para llegar a la cima en un mercado cambiante.3Este artículo describe algunas de las soluciones más prometedoras para la descarbonización (incluido el clinker, los aditivos, los materiales cementantes innovadores y la circularidad de los materiales con bajas emisiones de carbono) y los factores a considerar al realizar inversiones verdes y construir modelos de negocios en torno a ellas. La forma en que los actores del ecosistema del cemento combinen y equilibren estas soluciones probablemente determinará la trayectoria de descarbonización de la industria, así como qué actores obtendrán una ventaja competitiva con el tiempo.
El camino hacia una industria del cemento más ecológica
La industria del cemento y el hormigón ha establecido nuevos objetivos para reducir e incluso eliminar las emisiones, como los fijados por la Asociación Mundial del Cemento y el Hormigón (GCCA). Estos objetivos apuntan a una reducción del 20 por ciento de CO 2 por tonelada métrica de cemento y una reducción del 25 por ciento de CO 2 por metro cúbico de hormigón para 2030 en comparación con los niveles de 2020. La AMCC pide una descarbonización total para 2050.4
Durante las últimas décadas, los actores del cemento han recurrido a mecanismos tradicionales para reducir sus emisiones, como aumentar la eficiencia del combustible y sustituir el clinker y los combustibles tradicionales por opciones más sostenibles. Sin embargo, para alcanzar emisiones netas cero para 2050, el gasto de capital anual deberá casi duplicarse a 60 mil millones de dólares en promedio entre 2021 y 2050.5Estos costos, así como los costos de desarrollar nuevas tecnologías y procesos de descarbonización, han hecho que los actores de la industria sean cautelosos a la hora de adoptar innovaciones más recientes.
Algunos factores podrían ayudar a aliviar esta carga de costos. Por ejemplo, los productores de cemento podrían beneficiarse de las primas verdes. Nuestro análisis sugiere que, en el corto plazo, es poco probable que el suministro de cemento con bajas emisiones de carbono pueda seguir el ritmo de la creciente demanda de los consumidores finales con objetivos ambiciosos de CO 2 , particularmente en Europa. Es probable que esto impulse las primas verdes a corto plazo para el cemento. Ya vemos un aumento de la demanda en varios mercados actuales; por ejemplo, Hoffmann Green Cement Technologies está obteniendo primas elevadas por sus nuevos productos, y Cemex está obteniendo primas por sus productos de hormigón con bajas emisiones de carbono. A medida que haya más materiales con bajas emisiones de carbono disponibles para los consumidores finales, especialmente en Europa, se espera que estas primas disminuyan.
Además, una regulación de apoyo podría ayudar a acelerar la descarbonización. Por ejemplo, el crédito fiscal del 45T de la Ley de Reducción de la Inflación (IRA) de EE. UU. ofrece incentivos fiscales para la tecnología CCUS para proyectos iniciados antes de enero de 2033.6De manera similar, el Fondo de Innovación de la UE apoya la descarbonización de la industria en Europa financiando tecnologías innovadoras.
Caminos innovadores para alcanzar emisiones netas cero
Cuatro vías son particularmente prometedoras para abordar eficazmente los aspectos del cemento que generan un alto contenido de carbono y reducir su uso en el hormigón. Aunque algunas de estas soluciones requieren un mayor desarrollo para ser escalables, cada una tiene un potencial de reducción significativo.
Clínker con menos carbono facilitado por CCUS
El clinker, un intermediario utilizado como aglutinante en el cemento, es un componente central de los productos de cemento, pero su proceso de producción es altamente emisivo. El clinker con bajas emisiones de carbono utiliza la tecnología CCUS para capturar y gestionar estas emisiones de carbono antes de que sean liberadas.7Además de alejarse por completo del clinker, CCUS es la única tecnología conocida que aborda las emisiones del proceso en la producción de clinker. En teoría, CCUS podría incluso ayudar a producir clinker con emisiones netas cero.8Muchos productores de clinker ya se están concentrando en implementar CCUS, pero estas tecnologías a menudo tienen un precio alto y aún no se han probado a escala en la industria. Como resultado, CCUS ha sido explorado principalmente por empresas más grandes. Además, el CCUS generalmente es económicamente viable sólo en áreas seleccionadas que tienen acceso a capacidad de almacenamiento o salidas para el carbono capturado (por ejemplo, aplicaciones en las que se utiliza carbono mineralizado), apoyo gubernamental y energía renovable asequible, lo cual es particularmente importante para el clinker. producción.
En algunos lugares, los operadores tradicionales están explorando la posibilidad de modernizar los activos existentes, lo que puede tener sentido cuando hay capacidad de transporte y almacenamiento disponible, junto con el espacio necesario en las plantas existentes. Además, el clinker con bajas emisiones de carbono habilitado por CCUS podría generalizarse con la construcción de nuevas megaplantas netas cero en mercados favorecidos. Dichos mercados incluyen áreas en Estados Unidos con energía renovable barata y respaldo de IRA, así como ubicaciones en Europa con recursos renovables, sumideros de CO 2 , regulaciones de apoyo y la capacidad de exportar a Europa en general. Es posible que los jugadores necesiten reestructurar sus estrategias de activos para beneficiarse de las ventajas de estos mercados mientras continúan sirviendo a sus mercados existentes. Esto podría implicar producir clinker con bajas emisiones de carbono en megaplantas y luego enviarlo a los mercados locales y molerlo allí. Más allá de elegir mercados en los que ingresar, los productores de cemento también pueden beneficiarse de las economías de escala mediante el uso de IA en la logística y el aprovechamiento de plantas más grandes (que van de cuatro a seis millones de toneladas métricas por año). Las megaplantas construidas estratégicamente podrían reducir potencialmente los costos de producción de clinker con bajas emisiones de carbono hasta en un 60 por ciento, convirtiéndolo en una opción económicamente más viable (Anexo 1).
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Ingredientes
Los aditivos son sustancias que se añaden al hormigón para mejorar su rendimiento, como su durabilidad y trabajabilidad. También pueden reducir la cantidad de cemento necesaria en el concreto, lo que reduce los costos relacionados con el cemento y reduce la huella de carbono del concreto. Según nuestro análisis, los aditivos tienen el potencial de reducir las emisiones de CO 2 en el concreto hasta en un 30 por ciento según los estándares actuales y hasta en un 50 por ciento según los estándares actualizados. Al reducir el volumen de cemento necesario, los aditivos adicionales permiten que el costo del concreto se mantenga estable. Los aditivos también permiten mayores niveles de reciclaje del hormigón y el uso de refuerzo de fibra.
Sin embargo, actualmente existen algunos obstáculos que impiden la adopción generalizada de aditivos. Diferentes aplicaciones de concreto requieren diferentes tipos de aditivos, y la incorporación de diferentes mezclas de concreto puede hacer que la construcción sea más compleja de planificar y ejecutar. Además, las partes interesadas clave pueden tener una conciencia limitada sobre el potencial de descarbonización de los aditivos. En los mercados en los que los activos de cemento ofrecen retornos significativos, también existe un desafío de transición para los operadores integrados, que necesitarán alterar sus propios modelos de negocios para aumentar los aditivos en el concreto premezclado (RMC).
Materiales cementosos innovadores
Los materiales cementantes alternativos, como el cemento con bajas emisiones de carbono o el hormigón geopolímero, históricamente han tenido dificultades para escalar. Sin embargo, las tendencias de inversión actuales y los rápidos avances tecnológicos han permitido a las empresas emergentes revolucionar el espacio del cemento alternativo con ofertas bajas en carbono. Por ejemplo, Brimstone reemplaza la piedra caliza en la producción tradicional de cemento con roca de silicato de calcio, y Sublime Systems utiliza un proceso electroquímico que elimina la necesidad de un horno. Aunque estos enfoques son novedosos, los datos de inversión indican que el apetito por materiales cementosos alternativos es alto: Brimstone anunció una ronda de financiación de 55 millones de dólares en 2022, y Sublime Systems ha recaudado más de 40 millones de dólares en dos rondas de financiación desde 2021.9CompartirBarra lateral
Proyecciones de mercado para ofertas cementantes
En particular, los materiales cementosos suplementarios (SCM) ofrecen formas prometedoras de reducir significativamente la huella de carbono del cemento y el hormigón tradicionales. Los SCM tradicionales, como las cenizas volantes, la escoria granulada molida de alto horno (GGBFS) y el humo de sílice, se pueden utilizar para reemplazar parcialmente el clinker utilizado en el cemento o el contenido de cemento utilizado en el hormigón. Esto puede tener beneficios tanto de sostenibilidad como de costos, pero los SCM generalmente no se aprovechan plenamente. En muchos mercados, las normas locales y regionales limitan el volumen de SCM tradicionales en el cemento en función de sus propiedades hidráulicas y cementantes. Por ejemplo, la Unión Europea limita las cenizas volantes a un máximo del 35 por ciento, mientras que Estados Unidos las limita al 40 por ciento.10Los nuevos SCM, como la arcilla calcinada, la piedra caliza y el concreto reciclado, pueden requerir una reevaluación de estos estándares para maximizar tanto el rendimiento como el potencial de descarbonización del cemento y el concreto, particularmente a medida que disminuye la disponibilidad de los SCM tradicionales (consulte la barra lateral, “Proyecciones de mercado para ofertas cementantes”). ”).
Circularidad de materiales
Las economías circulares tienen como objetivo minimizar el impacto ambiental del hormigón mediante el uso de menos cemento virgen (y, por tanto, menos clinker) en su producción.11Para impulsar la circularidad, los actores del cemento y el hormigón pueden utilizar estrategias como la reutilización de residuos de hormigón y la incorporación de materiales reciclados en la producción de hormigón nuevo.
Con una mayor circularidad de los materiales, poseer tecnologías de demolición, flujos de desechos y separación será cada vez más importante en comparación con poseer un horno, el principal punto de control actual. Como resultado, nuevos actores, como las empresas emergentes centradas en la gestión del flujo de residuos y las empresas de infraestructura que supervisan los residuos de proyectos de construcción, están ingresando al espacio del cemento. Sin embargo, el transporte y el procesamiento de residuos plantean desafíos logísticos, lo que limita la escalabilidad y hace que las cadenas de valor de los residuos estén altamente localizadas.
Si bien estas cuatro vías son complementarias, competirán por el crecimiento y la inversión, y el ritmo al que se adopten puede diferir marcadamente según los mercados. A lo largo de la cadena de valor, los nuevos aditivos y el reciclaje podrían crear un gran valor, aunque el reciclaje es difícil de escalar. Los actores del cemento en el medio necesitarán equilibrar el clinker con bajas emisiones de carbono impulsado por CCUS y las soluciones cementantes innovadoras para lograr el éxito a corto y largo plazo a medida que maduren las diferentes tecnologías. Sus elecciones estarán impulsadas por los costos y facilitadas por los reguladores, las organizaciones industriales y los especificadores que construyen caminos hacia la descarbonización.
Nuevos modelos de negocio para capitalizar estas oportunidades
En los próximos años, los productores de cemento y los proveedores de soluciones y servicios deberán elegir qué estrategias y modelos de negocio desean implementar en la búsqueda del cemento neto cero. Nuestro análisis ha identificado nueve posibles modelos de negocio futuros para productores de cemento y proveedores de soluciones, que van desde enfoques completamente nuevos hasta ajustes menores al status quo. La mayoría de estos modelos de negocio se basan en una solución específica diseñada para responder a una necesidad específica. Al mismo tiempo, muchos de estos modelos de negocio son complementarios y pueden combinarse para lograr una mayor descarbonización.
Productores de cemento
A medida que la industria se descarboniza, podría surgir un nuevo panorama de productores de cemento para competir por participación de mercado:
- Cementeros tradicionales de bajo costo. A medida que las opciones con bajas emisiones de carbono adquieran una mayor participación de mercado, se espera que los últimos productores restantes de cemento tradicional sean actores centrados en reducir costos. Es probable que se trate de actores pequeños y medianos en mercados de descarbonización lenta que opten por superar los límites de las palancas tradicionales, incluida la maximización de la eficiencia energética y el uso de combustibles alternativos.
- Productores modernizados de cemento con bajas emisiones de carbono. Los productores de cemento existentes pueden modernizarse para fabricar cemento con emisiones bajas o nulas de carbono aprovechando tecnologías de descarbonización como CCUS. Estos se pueden complementar con soluciones cementosas, como una mayor relación SCM-clinker.
- Disruptores de cemento y clinker con bajas emisiones de carbono. Se espera que entren disruptores con ofertas de clinker y cemento con bajas emisiones de carbono. Las nuevas megaplantas de clinker y las instalaciones de molienda con capacidades CCUS podrían producir cemento neto cero, aunque los productos de cemento que utilizan clinker con menos carbono podrían variar en su grado de emisión, dependiendo de la combinación de materiales que utilicen y su proceso de producción. Esto podría facilitarse mediante acuerdos de compra y colaboración directa con promotores y contratistas inmobiliarios con visión de futuro.
- Actores especializados en monetizar CO 2 (mineralización). Otro espacio emergente es la monetización del CO 2 mediante la mineralización. Los actores especializados podrían utilizar CO 2 o residuos reciclados carbonatados en áridos y SCM o directamente en la producción de hormigón durante los procesos de fabricación y curado.
- Productores innovadores de SCM. Los actores que se centren en procesos y materiales novedosos podrían proporcionar SCM como reemplazo parcial o total del clinker. Estos pueden ser rivales o proveedores existentes de los titulares. Los jugadores en este espacio también tienen la oportunidad de licenciar su tecnología.
Proveedores de soluciones y servicios
A medida que los productores de cemento naveguen por la transición de materiales, otros actores con visión de futuro podrán encontrar oportunidades comerciales que los respalden. Estos proveedores de soluciones podrían ofrecer clinker, rellenos y mezclas de cemento especiales con bajas emisiones de carbono, que serán fundamentales para los productores de cemento con bajas emisiones de carbono. Estas ofertas podrían reducir el coste de la descarbonización en la fabricación de cemento y hormigón, al tiempo que permitirían el máximo rendimiento de los materiales y la menor huella de CO 2 posible.
A medida que los actores innovan en soluciones personalizadas para satisfacer las necesidades de los clientes, podrían surgir varios proveedores de soluciones cementantes:
- Recicladores de materiales de construcción. Estos actores serán propietarios de los residuos de construcción y demolición, controlando una importante fuente de materias primas para las nuevas construcciones.
- Proveedores de CCUS como servicio. Los actores emergentes pueden ofrecer capacidades CCUS de extremo a extremo, desde tecnología y operación de unidades de captura de carbono hasta almacenamiento de CO 2 y transporte a sumideros.
- Proveedores de soluciones químicas para la construcción. Los actores nuevos y establecidos pueden desarrollar productos químicos y aditivos innovadores que permitan una mayor proporción de materiales cementantes en el cemento, menos cemento en el concreto y una mayor reciclabilidad del concreto. Por ejemplo, Sika anunció el proyecto LC3 con el Instituto Federal Suizo de Tecnología de Lausana para reducir la cantidad de clinker tradicional necesario en el cemento.
- Reproductores de plataforma de optimización mixta RMC. Las nuevas plataformas podrían ofrecer modelos de software como servicio basados en datos para la optimización de la mezcla RMC, lo que podría reducir la dependencia de los fabricantes de tipos de cemento específicos. Además, los actores de plataformas centradas en la tecnología que utilicen estos modelos podrían crear negocios que requieran relativamente menos uso de capital.
Lecciones para el futuro
Aún no se sabe cuál de estos caminos o modelos de negocio ganará, pero surgen varios mensajes claros para los actores de la industria del cemento y los proveedores de soluciones.
En la transición energética, los titulares tendrán que navegar entre CCUS y enfoques impulsados por el cemento, utilizando una combinación de tecnologías para cumplir los objetivos de descarbonización y cubrir sus apuestas sobre qué receta ganará en el largo plazo. Dependiendo de su estrategia, los operadores tradicionales pueden tomar medidas para asegurar fuentes de SCM tradicionales y materiales más ecológicos, o pueden innovar o adquirir nuevos SCM. Los titulares también tienen mayor libertad para invertir en megaplantas de clinker con bajas emisiones de carbono, lo que podría resultar una poderosa ventaja en el futuro.
Mientras tanto, los disruptores, como los proveedores de soluciones y servicios, pueden aprovechar los datos y el análisis para ayudar a los clientes finales a gestionar la transición de materiales.12Los innovadores pueden aprovechar las asociaciones tecnológicas para desarrollar nuevos SCM y aditivos en cemento y hormigón. Estos nuevos SCM podrían usarse potencialmente en proporciones más altas, obteniendo ventajas tanto de volumen como de margen y potencialmente dando lugar a nuevos acuerdos de fijación de precios basados en el desempeño, porque con menos volumen se podría alcanzar el mismo valor. El posicionamiento regulatorio y la certificación serán clave en estos esfuerzos.
Para alcanzar el cero neto, la industria del cemento deberá realizar esfuerzos activos. Esta será una verdadera transformación con respecto a las formas de operar del pasado, y ahora es el momento de comenzar a desarrollar este músculo. Si los titulares y los disruptores pueden invertir estratégicamente en tecnologías y modelos de negocio innovadores, podrían estar bien posicionados para liderar el panorama industrial venidero.
