Evaluating Potentials of Coal-gangue-derived Building Materials Utilization in China: based on GCAM with Multi-dimensional Corrections
Cette étude utilise un cadre GCAM multidimensionnel pour révéler que l'utilisation des gangues de charbon en Chine dans les matériaux de construction est structurellement plafonnée à 100 Mt/an, démontrant qu'une stratégie diversifiée et différenciée par province, s'orientant vers la production d'électricité et le remblayage minier, est nécessaire pour surmonter les limites de capacité et obtenir des bénéfices environnementaux plus importants que l'approche actuelle privilégiant les matériaux de construction.
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Chaque année, les mines de charbon en Chine produisent une quantité massive de déchets rocheux connus sous le nom de gangue de charbon. Ce matériau, qui s'accumule sur des milliards de tonnes au fil des décennies, est un sous-produit de l'extraction d'énergie. Pendant longtemps, la solution standard a consisté à broyer cette roche pour la transformer en briques, en ciment et en autres matériaux de construction. La logique semblait saine : les projets de construction consomment d'énormes quantités de matériaux, et l'utilisation de déchets plutôt que l'extraction de nouvelles ressources aide à la fois l'environnement et l'économie. Cependant, cette approche suppose que le déchet puisse facilement atteindre les sites de construction où il est nécessaire, et que la roche elle-même soit assez bonne pour chaque tâche. Alors que le pays se dirige vers un avenir plus vert et produit moins de charbon, la question de savoir quoi faire des montagnes de déchets existants est devenue urgente. Le défi ne consiste pas seulement à trouver une utilisation pour la roche, mais à déterminer quelle utilisation fait sens selon l'endroit, et si l'ancienne stratégie consistant à transformer tout en briques peut réellement fonctionner à l'échelle nationale.
Une équipe de chercheurs de l'Université de technologie de Pékin s'est donné pour mission de tester cette hypothèse de longue date en utilisant un modèle informatique sophistiqué conçu pour simuler la manière dont l'énergie et les matériaux circulent à travers une économie entière. Ils ont construit un cadre détaillé qui examinait le problème sous quatre angles différents simultanément : la qualité de la roche, la distance qu'elle doit parcourir, le coût environnemental complet du transport et du traitement, et la façon dont la technologie s'améliore au fil du temps. Au lieu de traiter toute la gangue de charbon de la même manière, ils l'ont classée par catégories en fonction de sa composition réelle. Une partie était riche en carbone et mieux adaptée à la combustion pour produire de l'électricité ; une autre était riche en aluminium et pouvait être traitée pour extraire des métaux précieux ; et le reste était de la roche ordinaire adaptée à la construction. Ils ont également cartographié précisément où les déchets étaient générés par rapport aux emplacements des marchés de la construction, calculant le coût du transport de la roche lourde sur des centaines de kilomètres.
Les résultats de cette simulation ont révélé une limite structurelle qui avait été négligée. Les chercheurs ont découvert que la stratégie consistant à utiliser principalement la gangue de charbon comme matériau de construction est plafonnée à environ 100 millions de tonnes par an. Cette limite n'est pas causée par un manque de technologie ou une pénurie de projets de construction, mais par la géographie et la physique. La majorité des déchets provient des provinces de l'intérieur du nord-ouest, tandis que les plus grands marchés de la construction sont situés le long des côtes lointaines de l'est et du sud. Le coût du transport de ces matériaux de construction lourds et de faible valeur dépasse rapidement la valeur des matériaux eux-mêmes. Dans de nombreux cas, le coût du transport serait trois à cinq fois supérieur au prix du produit, rendant le projet économiquement impossible. De plus, l'étude a montré que le secteur de la construction atteint un point de saturation, ce qui signifie qu'il ne peut pas absorber les volumes massifs de déchets générés, surtout lorsque ces déchets doivent rivaliser avec d'autres sous-produits industriels comme les cendres volantes et le laitier de haut fourneau.
Lorsque les chercheurs ont ajusté leur modèle pour tenir compte de ces réalités spatiales, ils ont découvert qu'une énorme partie des déchets ne pouvait pas du tout être utilisée pour fabriquer des briques ou du ciment. Dans un scénario, ce décalage spatial a réduit le potentiel d'utilisation pour les matériaux de construction de plus d'un tiers. Cependant, l'étude ne s'est pas arrêtée sur une impasse. En redirigeant les déchets qui ne pouvaient pas être utilisés pour la construction vers d'autres voies basées sur leur qualité, l'équipe a trouvé un moyen de récupérer une part importante du potentiel perdu. La roche riche en carbone a été envoyée vers les centrales électriques pour générer de l'électricité, et la roche riche en aluminium a été traitée pour l'extraction de métaux. Ce changement a permis au système d'utiliser environ 60 millions de tonnes de déchets qui auraient autrement été impossibles à utiliser. Lorsqu'ils ont analysé à nouveau les chiffres pour voir si cette nouvelle allocation créait de nouveaux problèmes de transport, ils ont constaté que le système pouvait récupérer encore plus, atteignant finalement une redirection cumulative qui dépassait la perte initiale. Ce processus a montré qu'une approche diversifiée, utilisant différentes méthodes pour différents types de roche dans différents lieux, est bien plus efficace que d'essayer de forcer tous les déchets dans une seule voie de matériau de construction.
Les chercheurs ont également examiné l'impact environnemental de ces différents choix. Ils ont constaté que le simple fait de compter la quantité de nouveaux matériaux remplacés par les déchets ne suffisait pas. Lorsqu'ils ont inclus les émissions liées au transport de la roche lourde sur de longues distances et les produits chimiques nécessaires pour traiter la roche riche en aluminium, le bénéfice climatique total était nettement inférieur aux estimations précédentes. En fait, la réduction nette de dioxyde de carbone était de près de 20 % de moins que ce qui serait calculé si l'on ne regardait que le remplacement des ressources vierges. Cela souligne que le déplacement de déchets sur de longues distances ou l'utilisation de processus chimiques gourmands en énergie peut absorber une grande partie du gain environnemental. L'étude a testé si les politiques gouvernementales, telles que les taxes carbone ou les subventions, pouvaient forcer le système à utiliser davantage de déchets. Les résultats ont montré que, bien que ces outils financiers puissent influencer légèrement les chiffres, ils ne pouvaient pas briser les limites physiques et géographiques. Les subventions se sont révélées très coûteuses par rapport au bénéfice climatique fourni, tandis que la tarification du carbone n'offrait qu'une augmentation mineure de l'utilisation.
En fin de compte, l'étude conclut que l'ancienne stratégie consistant à donner la priorité aux matériaux de construction pour toute la gangue de charbon n'est plus viable à l'échelle nationale. La solution réside dans une approche sur mesure où chaque province utilise les déchets qui correspondent le mieux à ses conditions locales. Dans les zones proches des sites de construction, la fabrication de briques reste une bonne option. Dans les régions riches en carbone, la combustion de la roche pour l'énergie est le choix logique. Dans les zones de roche riche en aluminium, l'extraction est la voie à suivre, à condition que des méthodes chimiques plus propres soient développées pour réduire les émissions. Il existe également un rôle pour l'utilisation des déchets pour combler les terrains exploités et restaurer le paysage, une méthode qui évite totalement le transport à longue distance. La recherche suggère que tenter de pousser davantage de déchets vers le secteur des matériaux de construction par la seule politique est contre-productif. Au lieu de cela, un système flexible et multipistes, respectant les limites de la géographie et les qualités spécifiques de la roche, offre la manière la plus réaliste et la plus respectueuse de l'environnement de gérer l'immense stock de gangue de charbon de la Chine.
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