发布日期：2024-05-06 来源: 网络 阅读量（ ）
凯发我国已确定力争2035年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和的目标。建材行业碳排放量占钢铁、化工、建材三类主要工业碳排放量35%，其主要碳排放来源于水泥生产，2020年水泥生产碳排放量为13.2亿吨，约占建材行业总碳排放量的80%。水泥生产的碳排放可分为燃料排放、生产过程排放和间接排放，各环节排放比例约为35%、60%、5%，其中，生产过程排放主要来源为水泥生产原料石灰石的分解。水泥生产的碳排放主要来源于熟料烧成阶段，因此，降低水泥生产碳排放的重点为降低熟料烧成的化石能源消耗、降低石灰石的用量。 降低化石能源消耗的技术途径有提高能源效率技术、替代能源技术，降低石灰石用量的主要技术途径有原材料替代技术、新型低碳水泥熟料技术。上述四类技术部分已相对成熟，如高效冷却技术、高效粉磨技术和余热发电技术等；部分处于研发和示范阶段，如大比例替代燃料技术、高贝利特硅酸盐熟料生产应用技术、高贝利特硫（铁）铝酸熟料生产应用技术等；部分仍处于技术模型研发阶段，如新能源（包括绿氢、光伏、微波、红外等）煅烧水泥熟料技术。碳捕集、封存和利用技术（CCUS）是建材行业实现碳中和的“兜底”技术手段，而由于水泥生产碳排放的特点，现已基本成熟的后捕集方法相对成本较高，而与熟料煅烧过程结合的全氧燃烧后捕集技术被认为是最经济的碳捕集手段。此外，由于水泥基材料矿物组成的特性，二氧化碳可用于矿化养护、改性此类材料，建材产业有一定的碳吸收利用能力。初步预测，到2060年实现碳中和时，能效提升、替代燃料、替代原料、低碳水泥和CCUS技术降碳比例分别为3%、27%、4%、11%和55%。 建材工业能源消耗品种主要是煤炭、电力、燃料油及少量的天然气、煤气、焦炭等。其中，煤炭作为所有化石能源中含碳量最高的一种，无论是作为能源被直接燃烧还是被用于原料、还原剂等非能源使用目的，都不可避免会产生大量二氧化碳。燃煤产生的二氧化碳排放总量大约占我国二氧化碳排放总量的85%以上。水泥行业是建材行业中的“碳排放大户”，也是全球二氧化碳排放的主要“贡献者”之一。 在环境条件许可和需要的情况下，水泥窑可实现利用废弃物、城市垃圾、替代燃料达到40%。据统计目前中国水泥行业的燃料主要为煤和天然气，采用替代燃料的时间短，燃料种类少，年替代量不足。在欧盟一些国家，水泥行业平均燃料替代率超过50%，荷兰高达98%。欧美水泥工业使用废旧轮胎，固体废弃物，屠宰业弃置的肉、骨头，废弃塑料，废机油及生物质燃料等。我国水泥工业的燃料替代主要是协同处置生活垃圾，其他生物质燃料如秸秆等仅有个别企业正在开展示范项目工作，预计未来将有相当的减排潜力。 建材行业碳排放主要源于燃料燃烧排放、过程排放和外购电力和热力排放。在水泥生产过程中，原材料碳酸盐分解产生的二氧化碳排放这种过程排放占到60%多。生产水泥熟料的原料主要为石灰石、粘土、铁矿石和泥灰岩等钙硅铝铁质矿物。当废弃物中的钙硅铝铁含量较高时（如矿渣、粉煤灰、煤矸石、炉渣、硅钙渣、磷渣、赤泥和电石渣等），一般作为替代原料从水泥窑的预热器、分解炉或窑尾入窑进行协同处置；当废弃物的热值较高时（如废旧轮胎、废纸、废木材、焦油和城市生活垃圾等），一般作为替代燃料从水泥回转窑的主燃烧器入窑加以回收利用。原燃料替代能够充分发挥建筑行业消纳废弃物的优势，进一步提升工业副产品在建筑材料领域的循环利用率和利废技术水平，替代和节约资源，降低CO2等温室气体过程排放。着力推广水泥窑炉协同处置废弃物等技术，大幅度提高燃料替代率，可积极推进碳达峰和碳中和。欧洲水泥工业中替代燃料的使用率较高，2018年达到了43%，而全球水泥工业中替代燃料的使用比例仅为6%。我国采用替代燃料的时间短，燃料种类少，只有不到50余条水泥厂使用替代燃料，总体的燃料替代率不足2%。研究表明，水泥回转窑在协同处置工业和城市废弃物方面较其他工业窑炉有优势，尤其是水泥窑的碱性和氧化环境对替代燃料和原料中重金属离子的固化有正面作用。但是，替代燃料中氯离子（Cl-）、硫酸根（SO42-）、钠离子（Na+）、钾离子（K+）等离子对熟料烧成过程和熟料质量均有影响，因此，替代燃料组成及其预处理、熟料烧成工艺参数调整等方面的研究是提高替代燃料原料使用率的重要前提。 通过使用提高能效的技术，建材行业的能耗和电耗持续下降，CO2排放也相应减少。主要建材行业水泥、玻璃等主要节能技术有： 水泥行业：截至2018年底，我国1681条熟料生产线t/d以上熟料产能生产线，提高单条熟料生产线产能可有效促进单位熟料能耗，降低熟料生产碳排放。近年来，低能耗烧成和新型粉磨技术的开发也对水泥生产能效提升起到积极的作用，如天津水泥工业设计研究院开发了六级组合重构预热预分解系统和生料辊压机终粉磨技术，并对供风系统和篦板结构进行了优化，实现了熟料标煤耗≤93kg/t。水泥熟料生产过程中的余热再回收利用是降低水泥生产综合能耗的有效手段，南京凯盛开能环保能源有限公司开发了智能控制的水泥窑余热发电系统，该系统使用后，吨水泥产品发电28.11kWh，同时实现了降低碳排放量的目标。我国水泥生产种能源效率正在逐步提升，如湖州槐坎南方7500t/d熟料新型干法水泥生产线kwh；在吨熟料余热发电量为29kwh的情况下，实现生产统计吨熟料标准煤耗为95kg。低能耗、超低排放、与环境相容的绿色生态理念，项目排放指标、能耗指标在全国乃至国际上均处于先进行列。我国熟料生产企业已基本全面配置，通过进一步提高能源回收利用率所起到的作用有限，如南方水泥吨熟料余热供电量已达32 kWh/t.cl。但在如风能、太阳能利用方面，国内水泥企业也同样有较大的空间。国内太阳能年利用小时数为1000～1600h之间，按1300h计算，每1 MW（占地约15亩）的太阳能光伏发电组件每年可以发电1300 MWh，如年产200万吨水泥厂内建设分布式光伏发电项目，利用厂房办公楼屋顶、空闲地面、废弃矿山安装5组（约75亩）该太阳能光伏板，按照2020年电网排放因子0.53kg CO2 /kWh计算，年减少间接碳排放3445t，每吨水泥碳排放减少17.22kg CO2/t。 充分利用余热及更低品位热源、风能、太阳能发电，到2030年基本实现水泥生产线（含熟料）零外购电，较2020年国内平均水平，吨水泥碳排放降低37.8kg；在此基础上，加强氢能等新型能源生产熟料的技术储备，结合玻璃、玻纤生产中电解氢技术基础和优势，进一步利用水泥企业周边风能、太阳能发电生产氢能，降低化石能源使用比例。以热耗100kg标煤/吨水泥熟料核算，使用氢气作为水泥生产的替代能源，吨熟料仅消耗约22kg氢气，可减少燃煤造成的碳排放约270kg/吨水泥熟料。 根据国际和国内水泥工业技术的发展现状，目前可行的提高能效的30多种技术，其中包括熟料制备技术和节能粉磨系统技术，其中主要的节能技术和减排潜力如下： 玻璃行业：在平板玻璃行业3大主要碳排放类型中，化石燃料燃烧占整个碳排放的70%以上，因此节约能源、优化燃料结构、提高燃烧效率等是减少碳产生和排放的主要途径。主要有： Ø如玻璃熔窑引入氧气燃烧系统，玻璃熔窑引入氧气燃烧系统分为全氧燃烧和富氧燃烧两种，富氧燃烧是通过提高助燃空气中的氧气比例强化燃烧，达到高效节能的目的； Ø研究电力和化石燃料的最佳组合方案，使能源燃料的二氧化碳产生及排放达到最低。 Ø玻璃熔窑内保温及燃烧器改进：采用玻璃熔窑内保温技术及燃烧器改进技术，有利于节约能源，减少排放。 Ø低温熔化技术：降低玻璃熔化温度的途径一般有两种：在不失去实用性的前提下，采用低温熔化玻璃的化学组成；开发尽可能多的使用碎玻璃的办法。 配合料经预热后，可以大大降低熔化温度，减少燃料用量，燃烧生成的CO2也随着减少。如以流化床预热或特殊预热器预热，则CO2的排放量可降低15%以上。 采用低钙熟料技术进行矿物组成调整，减低高钙的硅酸三钙含量，提升低钙的硅酸二钙含量，将硅酸二钙的含量由约20%提升至40%，可少使用石灰石约100kg/tcl，可减排CO2约40kg/tcl；在该熟料体系中引入无水硫铝酸钙及硫硅酸钙等更为低钙的矿物，可再少使用石灰石约300kg/tcl,可减排CO2约120kg/tcl；以低碳熟料为胶凝组分，进行大掺量混合材设计，水泥的熟料系数可降低至0.5以下，单位水泥减排CO2约300kg/t。硫铝酸盐水泥在1970年代在中国首次在工程中应用，由于其成本较高，一直只在特殊工程中使用。但是，硫铝酸盐生产中碳排放较硅酸盐水泥低，研究者和工业界仍将硫铝酸盐水泥作为未来低碳水泥的重要发展方向，尤其高贝利特硫铝酸盐水泥，则被视作有望取代或部分取代硅酸盐水泥熟料的胶凝材料体系。此外，高贝利特硅酸盐水泥熟料由于其烧成过程中低碳酸钙需求、低能耗和低烧成温度的特性，二氧化碳和氮氧化物排放也低于普通硅酸盐熟料，目前是低热水泥的研究方向之一。我国在硫铝酸盐水泥和低热硅酸盐水泥方面的研究和应用方面处于国际领先水平，成功研制了低热大坝水泥、低热微膨胀水泥、海工高抗蚀水泥等多个种类凯发，并在国家重大工程中得到应用。 降低混凝土生产及服役过程中碳排放的方法主要有减少混凝土中熟料和胶凝材料使用量、利用固体废弃物等低环境负荷原材料、提升混凝土性能延长混凝土服役寿命和中和吸收二氧化碳等。研究者认为低碳混凝土包含高粉煤灰掺量混凝土（HVFAC）、超高性能混凝土（UHPC）、超高强混凝土（UHSC）、高强混凝土（HSC）、自密实混凝土（SCC）、轻质混凝土（LWC）和低聚物混凝土（GPC）。例如，高粉煤灰掺量混凝土（HVFAC）中粉煤灰掺量为胶凝材料用量的40-50%，其主要缺点为早期强度较低，但新拌状态时工作性能、可泵性、抗开裂等方面均表现优异。超高性能混凝土（UHPC）抗压强度通常为120～200Mpa，最高可达800Mpa，抗拉强度为6-10Mpa，弹性模量为40-70GPa，国内桥梁工程中已有较多的应用。UHPC制备方面，提出了基于性能需求的UHPC纳观→微观→细观→宏观多尺度调控理论，构筑了强键合的流变调控聚合物外加剂、微纳米降粘功能材料、无机膨胀材料和有机减缩外加剂，形成了系列UHPC主动调控方法与功能化制备技术。UHPC结构性能和应用方面，建立了UHPC单、多轴本构模型，构建了UHPC构件的设计理论，研发了具有自重轻、装配率高、施工快捷、耐久性好、少维护、造价有竞争力等优点的3类UHPC装配式桥梁结构体系和可显著提升后浇节点区域施工效率和抗震性能的新型UHPC装配式建筑框架结构。 目前CO2捕集技术主要有吸收法、吸附法、膜分离法以及这些方法的组合等。吸收法分为物理吸收和化学吸收。物理吸收法通过物理溶解的作用，在加压或降温条件下实现 CO2的捕捉，再通过降压或升温实现CO2的释放，常用的化学吸收剂主要是烷基醇胺溶液和热钾碱溶液。 吸附法是利用吸附剂在不同条件下与气体相互作用的不同，来实现气体的捕集和释放。膜法CO2捕集是利用膜两侧压力差作为推动力，根据各组分在膜中渗透速率的不同而实现气体分离的过程。随着材料科学的进步，膜材料的分离性能和稳定性不断提高，同时也开发出无机膜(如金属、沸石、碳膜等)和混合基质膜，拓宽了应用领域。相比于传统的CO2捕集技术，膜分离法具有设备体积小、投资少、能耗低、易操作、易维护等优点，被认为是较有发展潜力的CO2分离技术。 膜分离法的核心就是膜的选择问题，按照分离机理的不同，通常可以将膜分为吸收膜和分离膜。一般膜分离技术需要吸收膜和分离膜两者配合，共同完成。按照膜材料的不同，可以将膜分为无机膜、有机膜以及金属膜三类。无机膜具有较好的化学稳定性，耐高温和耐腐蚀且不易被微生物降解，比较长的寿命等优点，相对应的是其制造成本较高，且柔软性不够，需要特定的形状来满足需求。常见的无机膜有硅石、氧化铝膜、碳膜等。工业上多用有机膜来捕集分离CO2，常见的有机膜有聚苯醚、醋酸纤维、聚砜醚等。有机膜除了具有良好的选择性，还具有良好的渗透性，这可以使得 CO2 精准的从气体中分离出来，并渗透到膜的另一侧，达到富集的目的。但是有机膜存在一个致命的缺点，就是耐热性比较差，无法满足工业上温度的要求。所以当前研究的重点是要开发高效率、低成本的膜材料来满足工业上的需求。同时也有研究发现，可以将膜法和别的捕集 CO2的方法结合起来，在一定程度上可以弥补两种方法捕集 CO2 的缺陷，提出了四氢呋喃(THF)存在下基于水合物/膜混合法来捕集烟气中的二氧化碳，在三个水合物形成阶段，水合物相中的 CO2含量超过 98％。 建材行业典型窑炉二氧化碳捕集方法：工业窑炉烟气CO2捕集主要有三种：燃烧前捕集、全氧燃烧和燃烧后捕集。燃烧前捕集并不适用于水泥工业，因为其工艺过程中碳酸盐分解是其CO2排放的主要来源。燃烧后捕集不需对原有生产工艺改进，利用上述吸收法、吸附法、膜分离法等对CO2进行捕集，各种捕集方法的优点和待解决问题如表1-4所示。 富氧燃烧技术是采用氧气浓度大于空气（~21%）的富氧气体代替常规空气进行燃烧的技术，主要形式有：①在窑头窑尾一次风中加入纯氧或高浓度氧气，使窑头窑尾一次风氧含量提高到28-30%，加强燃烧；②将富氧空气喷入窑内缺氧区域，加强燃烧，控制火焰长度，稳定火焰形状；③富氧空气替代窑头窑尾送煤风。西方发达国家在上世纪80年代已经开发出了成熟的富氧燃烧技术，富氧助燃在水泥行业的应用可追溯到1920年，但由于经济性原因一直未能大规模的推广应用。国内外在金属冶炼、玻璃高温熔化炉、均热炉上都进行了大规模的应用，制氧系统电耗是富氧燃烧技术成本增加的主要因素。富氧燃烧的发展极致就是全氧或纯氧燃烧，也就是不使用常规空气作为燃料燃烧的助燃介质。全氧燃烧一般界定为用纯氧和出预热器的高浓度CO2废气混合后形成的O2/CO2气体，再引入窑炉内作为助燃介质。 近年来，随着全球范围内气候变化问题的加剧，对化石燃料燃烧导致的温室气体排放的关注越来越多，世界各国各地区纷纷制定碳减排路线，出台碳减排相关政策法规。绝大部分氮气被取代的全氧燃烧技术被认为是目前实现水泥行业有效碳捕集的最经济的技术方案。利用95%浓度以上的纯氧和系统循环的高浓度CO2烟气形成的O2/CO2气体作为助燃空气，实现燃料的燃烧并在预热器出口获得CO2浓度在75%以上的烟气用于后续的CO2捕集提纯及封存利用。随着碳排放政策的越发严格，基于碳减排目标的全氧燃烧技术在水泥生产过程具有巨大的潜在市场应用前景。 二氧化碳矿化养护水泥混凝土：CO2养护混凝土是指CO2与新拌混凝土在成型后接触，使水泥熟料中的硅酸钙及少量水化产物与CO2反应生成碳酸钙和硅胶的过程。混凝土在经过CO2养护后能获得较高的早期强度，大大缩短混凝土养护时间，并且有较好的尺寸稳定性。养护后混凝土孔隙率降低，力学性能和耐久性也得到提升。混凝土预制块在制作时需要养护，传统的蒸汽养护能耗大，采用蒸汽养护一块普通混凝土试块需要2300KJ，养护一块轻质混凝土试块则需要2500KJ。并且养护过程中过大的温度梯度可能使试块形成裂缝，需要控制好升温和降温。而CO2养护一个标准尺寸的混凝土所需要的能量为500KJ。在CO2排放方面，蒸汽养护一个试块需要释放0.17kg CO2，而CO2养护则消耗0.465kgCO2。 CO2在混凝土中的扩散运输效率会直接影响CO2养护过程，而CO2浓度和压力是影响CO2扩散和运输的主要因素。一般来说，CO2的浓度越高，CO2进入混凝土会更加容易，在相同养护时间内，混凝土的CO2养护程度和抗压强度都会提高，但是提高CO2 浓度只加快混凝土早期CO2的吸收，但对最终CO2养护程度影响不大。 其它低碳建材：我国仅建筑垃圾每年产生15亿吨以上，从资源化利用来看，我国建筑垃圾总体资源化率不足5%，远低于欧美国家的90%和日韩的95%，处理方式仍处于粗放的填埋和堆放阶段。实现建筑垃圾资源化产业化，资源化利用率达到95%以上，生产出建筑垃圾再生骨料、再生砖、单排孔和三排孔再生砌块等新产品。我国市政污泥年总产量逐年增大，2020年我国市政污泥年产量达到6000万吨。将污泥焚烧后搜集的灰与粘土混合制砖，其中污泥灰的掺量可高达50%，砖的综合性能好，但没有利用污泥的热值；干化污泥制砖可以有效利用污泥的热值并提高污泥砖的保温性能，但目前也存在着深度脱水困难的问题。此外，装配式建筑能够大幅度降低模板、保温材料、建筑工程水电的耗费量，而且可以降低大部分的建筑垃圾排放量，节能减排的效果非常明显，大大降低了环境污染。低碳建材生产和应用方面，需推进建材制造业的绿色、低碳转型，开发工业尾矿、粉煤灰、煤矸石、化学副产石膏等的综合利用。采用钢渣、矾钛渣、粉煤灰、电石渣等工业固废全部或部分替代天然原料生产低碳建筑材料。利用新型墙材隧道窑协同处置建筑废弃物、淤泥和污泥等；开展赤泥、铬渣等大宗工业有害固废的无害化处置和综合利用，开展尾矿、粉煤灰、煤矸石、副产石膏、矿渣、电石渣等大宗工业固废的综合利用；在水泥、墙体材料和机制砂石等产品中提高消纳产业废弃物能力等。 目前石灰石是水泥生产的主要原料，每生产一吨水泥熟料大约消耗1.3-1.4吨石灰石，在窑炉内高温分解产生的二氧化碳2.约占全部排放量的60%。一方面，通过产品创新，发展低碳水泥，研发新水泥产品例如镁-硅酸盐水泥、碱/聚合物水泥、火山灰水泥等，可以通过减少或消除所用矿物原料的碳含量而减少工艺排放。但受资源供应稀缺、水泥产品特性等因素影响，新型水泥产品可作为减排的补充。另一方面，很多工业固体废弃物如电石渣、钢渣、黄磷渣、粉煤灰、煤渣、铜渣、镁渣、硫酸渣、赤泥等其有效化学成分与水泥熟料的化学成分比较接近，具有作为水泥替代原料的可行性凯发，资源化利用这些大宗固体废弃物，实现变废为宝。其中： Ø2020年钢渣年产量约1.38亿吨，水泥行业普遍用于水泥粉磨，也用于生料配料，理论掺加比例可达到6%-10%，实际一般掺加比例在2%-4%，限制钢渣利用的主要原因是生料粉磨电耗高和钢渣三价铬转换成六价铬造成浸出毒性高。可通过增加钢渣铬含量测试进行钢渣筛选调整配料及使用粗钢渣制备水泥等方式增加钢渣掺加量。 燃料替代技术措施在欧美发达国家，从烧废轮胎开始已应用了30年以上，技术成熟可靠，替代燃料（各种废弃物）对煤的热量替代率TSR已达30%左右。美国和日本的较低，约15%~20%，德国和荷兰的最高，分别为70%和90%。从TSR来看，这些发达国家正值扩大覆盖面和最后冲刺达到100%的阶段。 可燃废弃物的种类很多，例如废轮胎、废化工溶剂、废机油、动物骨肉、废塑料、废油墨、危废、废木质物、废棉织物、废家具、生活垃圾、市政污泥、废纸浆纸板，等等。现今我国业已在环保方面安全可靠，在技术方面妥善的解决了生活垃圾、污泥、危废等的协同处置难题。今后在开拓废弃物应用种类方面的技术困难不会太大，应该可以较顺利的推进。水泥窑协同燃烧废弃物的经济效益也将会逐渐提升，水泥厂兼烧废弃物的积极性也会提高。加之政府技术政策激励措施的逐渐落实到位，我国水泥窑大面积推广协同处置废弃物技术的各方面主客观条件已经成熟。 我国随着人口增长以及城乡一体化脚步的加快，城镇人口越来越集中，生活垃圾量逐年上升。我国生活垃圾无害化处理的方式主要有三种：卫生填埋、焚烧和其他，目前仍以卫生填埋为主。与传统填埋、焚烧的处理方式相比，水泥窑协同处置废弃物的优势明显。和垃圾焚烧发电的原理相似，水泥窑协同处置固废也是利用高温处理垃圾，但和垃圾焚烧不同的是，水泥窑协同处置方式直接利用水泥生产线窑炉的高温，且温度远高于垃圾焚烧厂。对于垃圾处理，足够高的温度，便意味着足够大的优势。就水泥窑协同处置固废而言，其能够将固废垃圾充分稳定燃烧，固废垃圾中的重金属离子实现无废渣排放，二恶英等有毒有害有机物将被彻底分解或得到有效控制。 截止到2019年底，如我国最大的水泥企业中国建材所属水泥企业已建协同处置项目24个，在建项目1个，其中危险废物协同处置项目14个，生活垃圾处置项目5个，污泥处置项目5个，并有13个拟建项目。2019年共处置危险废物166.79万吨，处置生活垃圾185.98万吨，处置污泥122.74万吨。 我国水泥窑协同处置废弃物由于起步晚，技术、运营、监管等多方面的体系构建不是很健全，故而在发展过程中也面临着重重阻碍。并且餐余垃圾在我国生活垃圾中占比非常高，热值较低，生活垃圾中热值较高的为塑料、纸类和织物等，尤其是塑料，在生活垃圾中质量占比仅为12.1%，因此，目前垃圾种类繁多，回收利用效用不对等，垃圾分类就变得异常重要。 目前我国有部分城市已经开始了垃圾分类的试点，实行干湿分离。餐厨垃圾的分类收集将减少生活垃圾中餐厨垃圾的占比，生活垃圾的热值有望提高。借助于我国大力施行的垃圾分类措施，逐渐用有热值的垃圾或生物质燃料替代传统化石燃料。另外国家也在政策、资金等多方面进行扶持， 废弃物利用在我国有着政策利好、供应量相对持续、垃圾分类状况不断改善三方面支撑。在此情景下熟料的碳减排强度如图1-2所示。 通过使用提高能效的技术，建材行业能耗和电耗水平持续下降，二氧化碳排放也相应减少。根据国际欧洲水泥研究院和国内水泥工业技术的发展现状，目前可行的提高能效技术有30多种，其中包括熟料制备技术和节能粉磨系统技术。 主要包括：熟料制备技术：①提高生料易烧性，如加入矿化剂等；②预分解技术替代长窑生产。提高能效的技术：①预热器改造，如低压降旋风筒；②高效熟料冷却技术；③预热回收技术；④增加预热器级数；⑤富氧燃烧技术；⑥生产自动化控制系统优化，提高窑产量；⑦燃烧器改造，如单通道改为多通道；⑨流化床水泥窑系统。节能粉磨系统技术：①带立磨和辊压机水泥粉磨系统；②高效选粉机；③球磨机运行参数优化；④原料组分分别粉磨；⑤先进粉磨技术。另外为降低电耗，可利用变频驱动技术等。通过调研水泥企业能耗现状及节能降耗目标，分析企业节能潜力。调研的100余家水泥企业结果显示，水泥企业2020年平均熟料综合煤耗107.28kgce/tcl，根据现有节能减排力度，预计2023年平均熟料综合煤耗103.19 kgce/tcl，2025熟料综合煤耗102.42 kgce/tcl。如《GB16780 水泥单位产品能源消耗限额（报批稿）》正式实施，按照报批稿能耗限额标准要求熟料煤耗需低于109kgce/tcl凯发，则水泥企业需要做节能技改降低煤耗。根据煤耗现状分析： Ø2023年前水泥企业熟料煤耗需通过技改或产能置换方式将熟料煤耗降到109kgce/tcl以下； 采用低碳熟料技术，单位产品熟料可减排CO2约40kg CO2/tcl，预计2023年低钙水泥替代率为1%，2025年达到2%，2030年达到5%，2050年达到40%，如下表所示： 根据碳排放分析及减排路径分析的基础上，最多只能减少35%的排放量，其余的排放量，需进一步发展并使用碳捕集、利用与封存技术（CCUS），是实现水泥工业碳减排和碳中和的重要途径。 水泥工业的碳排放大约60%是来自其主要原料石灰石的分解，这是水泥工艺过程所固有的。鉴于水泥生产中熟料工艺排放的特点，在没有新兴技术大规模代替熟料的情况下，碳捕集、利用与封存（CCUS）将成为水泥行业实现碳中和的唯一选择。 水泥窑废气中CO2的浓度高（23%），排放CO2的数量又多。这对低碳转型来说，是一个缺点，但是如果我们能将这些较高浓度的CO2捕集净化后利用起来，就能使这个缺点变成优点。这样水泥厂不仅能生产水泥，还能提供优质的CO2可用于食品、干冰、电子、激光、医药、焊接等行业，为水泥企业创造一定经济效益，有利CCS的推广应用。 我国水泥工业在碳捕集技术方面起步较晚，除台湾水泥公司在花莲水泥厂进行的钙循环法半工业试验项目取得一定进展外，另一家水泥企业于2018年10月建成一套设计年产5万吨CO2的CCS装置可以生产销售工业级和食品级两种纯度（99.9%和99.99%）的CO2，虽然其尚未达到设计产能，但已实现了零的突破。 在前面讨论的原料替代、燃料替代、技术减排等综合减排情景基础上，加入CCUS技术，假设2030年CCUS普及率为1%，2060年达到普及率为100%，水泥熟料的基准碳排放强度、综合碳排放强度及碳中和减排强度如下所示： 作为水泥熟料生产环节碳减排的“兜底”手段， CCS、CCUS将充当重要减排技术路径，为水泥企业实现碳中和提供近一半的减排份额。“十四五”期间，需开展二氧化碳捕集、利用与封存技术的试验示范，积累碳捕集技术的工程建设、成本核算、运营管理和产品应用等经验，为大规模推广应用提供基础。 2020-2030年，开展碳捕集、利用与封存相关的基础性研究就关键技术攻关，并进行碳捕集、利用与封存的示范应用，争取2030年集团内碳捕集率达到1%（年捕集量300万吨左右）。2030年后实现规模化应用，最终推动水泥生产工业碳中和。 在全面现在CCUS的基础上，仍有少量无法捕集的排放量，若完全实现集团企业的碳中和，则需要以下几种途径予以补充： 1）实施碳吸收碳固化项目。大力发展植树造林等基于自然的增加碳汇的方式或建材产品固碳技术吸收二氧化碳等方式； 2）挖掘清洁能力利用空间。在原有排放企业的厂区空地或厂房顶上布置光伏或风力发电站，在有条件的地方开发生物质和地热等； 水泥生产的碳排放可分为燃料排放、生产过程排放和间接排放，各环节排放比例约为35%、60%、5%，其中，生产过程排放主要来源为水泥生产原料石灰石的分解。水泥生产的碳排放主要来源于熟料烧成阶段，因此，降低水泥生产碳排放的重点为降低熟料烧成的化石能源消耗、降低石灰石的用量。降低化石能源消耗的技术途径有提高能源效率技术、替代能源技术，降低石灰石用量的主要技术途径有原材料替代技术、新型低碳水泥熟料技术。上述四类技术部分已相对成熟，如高效冷却技术、高效粉磨技术和余热发电技术等；部分处于研发和示范阶段，如大比例替代燃料技术、高贝利特硅酸盐熟料生产应用技术、高贝利特硫（铁）铝酸熟料生产应用技术等；部分仍处于技术模型研发阶段，如新能源（包括绿氢、光伏、微波、红外等）煅烧水泥熟料技术。碳捕集、封存和利用技术（CCUS）是建材行业实现碳中和的“兜底”技术手段，而由于水泥生产碳排放的特点，现已基本成熟的后捕集方法相对成本较高，而与熟料煅烧过程结合的全氧燃烧后捕集技术被认为是最经济的碳捕集手段。此外，由于水泥基材料矿物组成的特性，二氧化碳可用于矿化养护、改性此类材料，建材产业有一定的碳吸收利用能力。2025年之前，充分利用现有成熟技术，提升能效、原料替代率1-3%，燃料替代率5%左右。到2030年，主要依靠原燃料替代（含氢能）、新型低碳水泥。2040年后，充分发挥CCUS作用（包含二氧化碳建材化利用），到2060年，实现CCUS利用率100%。经综合预测，到2060年实现碳中和时，能效提升、替代燃料、替代原料、低碳水泥和CCUS技术降碳比例分别为3%、27%、4%、19%和48%，如图1-6所示。 在建材行业碳减排技术路径分析的基础上，将减排技术分为成熟技术推广类、较成熟技术完善和推广类、已进入示范阶段技术类、已提出了技术原型类和颠覆性技术类，确定了近期和远期碳达峰依靠的技术路径和减排量预测，提出了远期碳中和技术路径和减排量预测。2025年之前，充分利用现有成熟技术，提升能效、原料替代率1-3%，燃料替代率5%左右。到2030年，主要依靠原燃料替代（含氢能）、新型低碳水泥。2040年后，充分发挥CCUS作用，到2060年，实现CCUS利用率100%。 碳达峰碳中和目标逐渐落地，在形成碳达峰、碳中和路线图后，问题逐步凸显出来。一是：在单一行业内部能源效率的提升逐渐接近瓶颈、边际成本不 断提升的情况下，跨行业协同成为未来节能减碳发展的趋势，实现碳达峰碳中和需要行业间实现工艺链互补和资源循环。比如钢铁行业产钢渣应用于水泥行业替代原料，化工行业碳捕集利用其它行业产二氧化碳、钢铁和水泥行业实现氢能替代燃料利用等，这些跨行业的技术协同应用，均需要行业间实现密集高效的技术交流和合作。建设集合水泥、钢铁、石化、化工和有色金属等重点原材料行业的公共服务平台，将有助于各行业的技术融合，在社会行业层面实现高质量碳达峰，高效率碳中和。二是：碳达峰碳中和工作需要采取大量的节能降碳措施，每项措施都是对现有技术基础的改进甚至是现有技术体系的重构，而新的减排技术或新的工艺技术的推出，需要一个科学合理的验证试验过程，专业、综合地评估技术的适用性性和可靠性、经济性，这就需要建立相应的平台、建立技术检验检测的能力并形成一整套评价体系，为绿色低碳技术的推广应用保驾护航，为技术使用方提供投资决策依据。三是：与世界先进水平相比，我国资源环境仍面临较大调整。而碳达峰碳中和要求产业深度融合，建立相应的综合性标准体系，引导和支撑绿色制造加快发展步伐成为必然，也是实现碳达峰、碳中和不可或缺的技术基础。四是：在重点材料领域中，建材、钢铁、石化和有色是主要温室气体排放的行业，排放总量约占全国碳排放总量的40%。实现碳达峰和碳中和，这几个行业将是行业减排工作的重点关键行业。此外，这几个行业也面临淘汰落后产能，产业升级改造的需求，绿色低碳技术的研发和应用将是未来的主旋律。 因此，建立重点原材料行业碳达峰、碳中和公共服务平台，是实现双碳目标的重要手段。中国建材集团联合中国建材检验认证集团股份有限公司、中国石油化工股份有限公司、中国科学院过程工程研究所、冶金工业规划研究院、北京科技大学、中国建筑材料科学研究总院有限公司、合肥水泥研究设计院有限公司、天津水泥工业设计研究院有限公司、南方水泥有限公司、同济大学、中国标准化研究院、工业和信息化部国际经济技术合作中心、北京首钢股份有限公司、江阴兴澄特种钢铁有限公司、中国化工节能技术协会、湖南大学十余家企业、高校、研究院所，形成中国建材联合体，共同申报了工信部重点原材料行业碳达峰、碳中和公共服务平台。 围绕碳达峰、碳中和目标，基于全生命周期和ATIC的方法学建立模型，在现有重点原材料行业国际领先的绿色低碳技术基础上，准确识别各行业绿色低碳技术路径及对应的验证方法，建设绿色低碳技术验证平台，服务全行业相关上下游企业绿色低碳材料、设备、技术、工艺、产品的联合开发和应用测试，有效支撑低碳水泥、氢燃料替代、高效CCUS等原材料行业关键共性低碳、零碳和负碳技术创新，可从全生命周期角度准确分析、评估相关技术及其应用项目的降碳效果。 建设“六位一体”的重点原材料行业碳达峰、碳中和公共服务平台，包含（1）绿色低碳技术验证平台；（2）建立绿色低碳产品检验测认证平台及产品碳足迹核算、重点材料企业碳排放基础数据库；（3）技术及产品碳排放指数发布国际、国内双碳标准体系建设和公共服务；（4）双碳企业白名单发布；依托配套基金，实现双碳隐形冠军培育加速；（5）提出双碳技改、资本、金融运营新模式。 碳达峰碳中和工作是一项长期的工作，需要采取大量的节能降碳措施，每项措施都是对现有技术基础的改进甚至是现有技术体系的重构，而新的减排技术或新的工艺技术的推出，需要一个科学合理的验证试验过程，专业、综合地评估技术的适用性性和可靠性、经济性，这就需要建立相应的平台、建立技术检验检测的能力并形成一整套评价体系，为绿色低碳技术的推广应用保驾护航，为技术使用方提供投资决策依据。 绿色低碳技术验证平台将围绕碳达峰、碳中和目标，建设成为服务全行业相关上下游企业绿色低碳材料、设备、技术、工艺、产品的联合开发和应用测试，有效支撑行业关键共性低碳、零碳和负碳技术创新，从全生命周期角度准确分析、评估相关技术及其应用项目的降碳效果。 平台围绕碳达峰、碳中和目标，基于全生命周期和ATIC的方法学建立模型，在现有重点原材料行业国际领先的绿色低碳技术基础上，准确识别各行业绿色低碳技术路径及对应的验证方法，建设绿色低碳技术验证平台，可服务全行业相关上下游企业绿色低碳材料、设备、技术、工艺、产品的联合开发和应用测试，有效支撑低碳水泥、氢燃料替代、高效CCUS等原材料行业关键共性低碳、零碳和负碳技术创新，可从全生命周期角度准确分析、评估相关技术及其应用项目的降碳效果。 2.建立绿色低碳产品检验测认证平台及产品碳足迹核算、重点材料企业碳排放基础数据库 基于生命周期全链条跟踪的智能化管控手段，构建1+5+N的“绿色低碳产品检验检测与碳足迹核算平台及数据库”，可通过信息平台汇集、分析、展示覆盖水泥、钢铁、石化、有色金属、化工等重点原材料全行业的重点产品的低碳数据，形成覆盖京津冀、长三角、粤港澳大湾区、西部地区的针对特种水泥、特种钢铁、生物质油品等20种关键材料、零部件、产品的碳足迹核算基础能力。 “绿色低碳产品检验检测与碳足迹核算平台及数据库”基于全生命周期思想，以服务重点原材料行业精准降碳与持续改进需求为目标，以“精准识别+精准量化+精准分析+精准应用”为原则导向，采用“生命周期全链条跟踪+一体化检验/监测/核算/分析服务”为手段，依托“标准库+信息情报库+生命周期评价方法学理论模型库+大宗上游过程本土/国际二元基础数据库+产品检验/检测管理中心+产品生命周期评价与碳足迹核算管理中心”，发挥连接“原材料工业企业减碳量化需求——减碳技术工艺可行性验证需求——检验检测与碳足迹核算技术/资源/服务——下游应用端低碳材料选择需求”之间的桥梁纽带作用，开展全流程数据信息跟踪、汇集与分析，构建服务于重点原材料全行业“1+5+N”模式的“绿色低碳产品检验检测与碳足迹核算平台及数据库”（见图2-1）。 平台采用基于全生命周期全流程跟踪与智能管控手段，采用基于各工序过程、各工艺技术、各设备设施的在线采集与管理方式，与在线设计、供应、生产流程紧密交互关联，同时通过标准化实验室线下测试，实现线上线下相互验证协同管理，具体包括以下几个方面： （1）针对生产环节实施“关键参数在线采集——关键参数在线监测——关键参数实验室标准化测试——二者交互验证”； （2）针对供应链环节实施“关键参数在线采集——关键参数在线监测——关键参数差异化数据采集——进行差别化供应商管理”； （3）针对产品实现环节实施“终端成品性能在线监测——终端成品性能实验室标准化测试——产品生命周期评价与碳足迹核算/分析——产品性能与产品碳足迹交互验证”； （4）针对下游应用端可结合具体细分的“行业差异、企业差异、产品差异、过程差异、技术差异、时空差异”等实现针对产品性能数据与碳足迹数据的“可视化查询、可差异化比选”。 基于上述覆盖全流程的一体化手段与模式，构建重点原材料行业绿色低碳产品“全流程检验检测+生命周期评价与碳足迹核算+产品性能与碳足迹交互验证”的综合性集成技术服务体系，形成重点原材料行业覆盖全生命周期、内置本土与国际二元数据、考虑时间和空间二维尺度、统筹体现“行业平均+企业细分差异+细分关键过程+细分减碳技术”，且与国际标准化方法体系相互兼容协调的全生命周期碳排放基础数据库，为重点原材料行业相关低碳工艺、技术、装备、原材料，及产品的应用推广可行性评估提供依据，助力行业减碳精准施策，同时也为下游应用端实现协同减排奠定基础，从而带动全产业链低碳转型升级。 结合绿色低碳技术验证、产品检验检测平台，建设技术验证、产品检验检测规范体系，在现行标准、规范、技术、管理体系要求基础上，形成相关低碳技术规范、产品规范，以及设计规范、验证规范、检验检测规范或评价规范。推动建材、化工、石化、钢铁、有色金属等重点行业及其他耗能行业绿色低碳标准检验规范体系的建设。 通过对各行业碳达峰、碳中和相关的既有标准梳理，平台建设期内计划完成标准草案8项。 推动企业结合自身碳资产情况，构建和完善碳排放管理体系制度，管理体系工作流程如下图所示。 1)编制企业碳排放管理规划。企业应研究分析国际碳市场发展形势和国内碳交易机制相关政策，跟踪国内碳交易试点的进展情况，在此基础上制定符合企业自身发展的碳管理战略、规章制度。如《企业低碳发展考核评价办法》、《企业碳资产统计与报送制度及碳资产交易管理办法》等，并在实践过程中，探索制定低碳技术标准和研究碳减排方法。 2)建立碳排放管理组织机构。机构职责主要有：研究制定碳管理相关制度和发展战略；加强外部沟通，积极与政府相关主管部门沟通，争取获得更多配额；开展企业碳盘查试点及普查管理工作，制定企业配额分配方案，研究碳资产管理模式；积极推进企业碳排放权的交易，密切跟踪国际和国内碳交易市场进展的情况；建立企业碳管理信息系统并维护运行。 3)完善企业碳排放管理支持服务体系。碳排放管理系统的支持服务体系包括专业咨询机构、第三方核查机构、碳排放管理IT信息系统支持机构、专家咨询和专业培训服务等。 数据质量管理是指对数据从计划、获取、存储、共享、维护、应用、消亡生命周期的每个阶段里可能引发的各类数据质量问题，进行识别、度量、监控、预警等一系列管理活动，并通过改善和提高组织的管理水平使得数据质量获得进一步提高。数据质量管理是循环管理过程，其终极目标是通过可靠的数据提升数据在使用中的价值，并最终为企业赢得经济效益。 报告主体应建立企业温室气体年度报告的质量控制与质量保证制度，主要工作包括：建立企业温室气体量化和报告的规章制度，包括组织方式、负责机构、工作流程等；建立企业主要温室气体排放源一览表，确定合适的温室气体排放量化方法，形成文件并存档；为计算过程涉及到的每项参数制定可行的监测计划；制定计量设备的定期校准检定计划，按照相关规程对所有计量设备定期进行校验、校准；制定数据缺失、生产活动或报告方法发生变化时的应对措施；建立文档管理规范，保存、维护有关温室气体年度报告的文档和数据记录；建立数据的内部审核和验证程序，确保活动水平数据的完整性和准确性等。 总的来说，企业应该根据温室气体排放报告制度，通过由易到难，逐步实施国家规定的制度方案，并根据自身现实基础，在给定的调整时间内，提高通过技术升级减少温室气体排放的能力。此外，企业应将自身的现实基础与国家规定的企业温室气体核算标准化工作紧密结合，配合国家标准化管理工作。 依据双碳公共服务的绿色低碳技术验证功能及平台建设过程中发布的《绿色低碳技术评价标准》，对企业的绿色低碳技术进行评价，发布“双碳企业白名单”。 对优秀的绿色低碳技术采取配套的资金技术支持，帮助企业专注所在领域、专业化经营战略、创新技术及市场导向。通过此项技术快速扩大领域范围内的占有率，成为细分领域的“专精特新”企业。 碳金融指金融化的碳市场。国内对碳金融的界定分为两个层次：侠义的碳金融，指企业间就政府分配的温室气体排放权进行市场交易所导致的金融活动；广义的碳金融，泛指服务于限制碳排放的所有金融活动，既包括碳排放碳排放权配额及其衍生品交易，也包括基于碳减排的直接投融资活动以及相关金融中介等服务。 短期来看，全国碳交易市场将以现货市场为主，即企业通过节能减排、工艺改进等措施降低碳排放量，少于国家免费分配的配额，将获得的富余配额投入碳交易市场交易获利，或将富余配额继续持有，以应对将来有可能出现配额不足需要进行购买履约的情况，为企业节省成本。 此外，在成熟的碳交易市场条件下，基础碳资产（即国家分配的配额）还可以进行托管、质押、回购等操作，成为企业的融资工具之一。 随着全国碳交易市场的进一步成熟和流动性的加强，以及CCER等抵消机制的引入，未来全国碳市场还将推出碳期货、碳期权、碳资产掉期、碳资产互换等金融衍生品交易，南方水泥可借助这些碳金融衍生工具实现碳资产的保值和增值。 成果创造人：郅 晓、安晓鹏、闫浩春、刘佩成、刘 韬、邓 嫔（中国建材集团科技部） 本文为澎湃号作者或机构在澎湃新闻上传并发布，仅代表该作者或机构观点，不代表澎湃新闻的观点或立场，澎湃新闻仅提供信息发布平台。申请澎湃号请用电脑访问。
