[專題]全球主要國家水泥行業(yè)碳中和路線 ——產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同減碳 靜待技術(shù)突破

目前，已經(jīng)有超過77個國家承諾到2050年實(shí)現(xiàn)凈零排放。根據(jù)國際能源署，全球范圍內(nèi)，水泥是第三大能源消耗行業(yè)，碳排放量占總排放量的約7%。為達(dá)到巴黎協(xié)定制定的目標(biāo)，國際能源署因此制定了水泥行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型的技術(shù)路線圖，全國主要國家、行業(yè)協(xié)會也紛紛發(fā)布了或?qū)⒅贫ㄋ嘈袠I(yè)的碳中和路線。根據(jù)麥肯錫的報告，水泥行業(yè)是二氧化碳排放的主要來源，也是單位收入產(chǎn)生的排放量最多的，一美元水泥收入將排放二氧化碳達(dá)到6.9kg，是鋼鐵的約5倍之多。麥肯錫的研究認(rèn)為，到2050年二氧化碳排放量將減少75%。然而，只有一小部分(約20%)將來自運(yùn)營進(jìn)步，而其余部分將需要來自技術(shù)創(chuàng)新等。

圖1：一美元收入二氧化碳排放量（kg）

數(shù)據(jù)來源：麥肯錫《為零碳水泥奠定基礎(chǔ)》、水泥大數(shù)據(jù)（https://data.ccement.com/）

一、歐洲

2020年，歐洲水泥協(xié)會發(fā)布了新的碳中和路線圖，提出了到2050年實(shí)現(xiàn)水泥和混凝土價值鏈凈零排放的雄心。到2030年達(dá)到《巴黎協(xié)定》設(shè)定的目標(biāo)，水泥的二氧化碳排放量減少30%，價值鏈下游減少40%。為此，歐洲水泥協(xié)會提出了5C路線，即著眼于如何通過在價值鏈的每個階段--熟料、水泥、混凝土、建筑和碳化。

a.德國：接近減排極限 亟需技術(shù)突破

德國的水泥行業(yè)以及整個混凝土價值鏈在尋求碳中和方面面臨著重大挑戰(zhàn)。自1990年以來，德國水泥制造商已經(jīng)減少了20 - 25%的二氧化碳排放。除了熱效率方面的改進(jìn)，有兩個因素對實(shí)現(xiàn)這一成功至關(guān)重要：首先，水泥中熟料含量的減少，其次替代燃料的使用增加。然而，水泥行業(yè)正在達(dá)到其進(jìn)一步減少二氧化碳排放潛力的極限，特別是與熟料生產(chǎn)有關(guān)的工藝相關(guān)的二氧化碳排放不能通過使用傳統(tǒng)方法來降低。除了用于熟料和水泥生產(chǎn)的部分新型二氧化碳高效原材料，以及混凝土制造和建筑方面的創(chuàng)新之外，該行業(yè)完全脫碳的努力將在很大程度上依賴于水泥廠的碳捕獲及其隨后的利用和存儲(CCUS)。

德國的水泥行業(yè)非常清楚自己在水泥和混凝土脫碳方面必須承擔(dān)的責(zé)任。與此同時，很明顯，這個行業(yè)無法單獨(dú)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。這需要整個價值鏈的合作，從設(shè)備供應(yīng)商和混凝土制造商到建筑行業(yè)、設(shè)計師和建筑師。另一個先決條件是建立一個有效的政策框架，確保一個公平的競爭環(huán)境，允許在德國生產(chǎn)具有競爭力的低碳和連續(xù)脫碳水泥和混凝土。同時，必須促進(jìn)綠色產(chǎn)品的市場，考慮到這些產(chǎn)品往往比傳統(tǒng)生產(chǎn)的產(chǎn)品貴得多。

具體到2050年水泥和混凝土減碳的途徑，德國水泥協(xié)會提出了兩種方案，旨在減少德國水泥行業(yè)及水泥和混凝土價值鏈的直接二氧化碳排放。

表1：德國水泥工業(yè)兩種碳減排路線假想

數(shù)據(jù)來源：德國水泥協(xié)會（VDZ）、（https://data.ccement.com/）

方案一揭示了一個事實(shí)，即如果沒有突破性技術(shù)，水泥和混凝土不可能完全脫碳。水泥廠的碳捕獲及其后續(xù)的利用和存儲(CCUS)將是水泥和混凝土脫碳的關(guān)鍵。在用盡了所有其他的二氧化碳排放手段之后，從2050年起，為了實(shí)現(xiàn)德國水泥工業(yè)的氣候中和，每年將需要捕獲大約1000萬噸二氧化碳。

水泥和混凝土的減碳是基于一整套全面的措施，很大程度上也取決于綠色能源的供應(yīng)。例如，由于碳捕集技術(shù)的廣泛應(yīng)用，生產(chǎn)熟料所需的電力將增加一倍以上。這使得可再生能源和高性能電網(wǎng)的可用性成為重要先決條件。對水泥工業(yè)來說，另一個特別重要的因素是能夠長期獲得足夠數(shù)量的替代燃料。二氧化碳基礎(chǔ)設(shè)施也至關(guān)重要--無論是對水泥和混凝土的減碳，還是對新CCUS價值鏈的發(fā)展。只有這樣，才有可能確保二氧化碳在捕獲后得到適當(dāng)?shù)睦没騼Υ?。在大多?shù)情況下，需要解決如何將捕獲的二氧化碳從水泥廠運(yùn)輸?shù)侥康牡氐膯栴}，例如化學(xué)園區(qū)或煉油廠，甚至是北海的存儲場所。盡管碳捕集對于水泥生產(chǎn)的減碳是必不可少的，但由于成本非常高，投入巨大，只有在所有其他減排方案都被充分利用后，才能采用這種方法。

b.英國：有望實(shí)現(xiàn)凈負(fù)排放

自1990年以來，英國的水泥行業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了53%的二氧化碳絕對減排--減碳速度比整個英國經(jīng)濟(jì)都要快。2018年，英國混凝土和水泥的二氧化碳排放量為730萬噸，其中約440萬噸來自熟料生產(chǎn)的過程排放，220萬噸來自燃料燃燒，其余來自電力使用和運(yùn)輸。

英國的混凝土和水泥行業(yè)已經(jīng)啟動了到2050年實(shí)現(xiàn)凈負(fù)增長的路線圖，即每年從大氣中去除的二氧化碳超過其排放的二氧化碳。為實(shí)現(xiàn)凈零碳，需要通過脫碳電力、物流、燃料轉(zhuǎn)換、更多地使用低碳水泥和混凝土以及水泥制造中的碳捕獲、使用或存儲(CCUS)等技術(shù)和手段。路線圖計算了每種技術(shù)的潛力和可以實(shí)現(xiàn)的碳節(jié)約。CCUS技術(shù)對于實(shí)現(xiàn)零排放制造至關(guān)重要，根據(jù)路線圖，CCUS技術(shù)將實(shí)現(xiàn)61%的碳減排。到2050年，通過使用中的混凝土吸收二氧化碳的能力，以及在建筑和結(jié)構(gòu)中使用混凝土的保溫性能來減少運(yùn)營過程中的排放，將實(shí)現(xiàn)一個凈負(fù)排放的行業(yè)。

表2：7種減排手段貢獻(xiàn)

數(shù)據(jù)來源：英國礦產(chǎn)品協(xié)會（MPA）、（https://data.ccement.com/）

行業(yè)現(xiàn)在呼吁政府在2021年之前建立一個強(qiáng)有力的財政支持模式，包括為碳捕獲的資本和運(yùn)營成本提供支持。這將確保該技術(shù)能夠被開發(fā)和應(yīng)用，在2030年后具有投資收益性。

英國礦產(chǎn)品協(xié)會（MPA）首席執(zhí)行官奈杰爾·杰克遜評論道：“我們已經(jīng)在減少碳排放方面取得了重大進(jìn)展，但對凈零碳的挑戰(zhàn)沒有任何幻想。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，混凝土和水泥行業(yè)的生產(chǎn)、供應(yīng)和使用的各個方面都需要大規(guī)模脫碳。單獨(dú)的混凝土和水泥行業(yè)無法實(shí)現(xiàn)凈零排放，我們只有在政府的協(xié)同支持下，以及在更廣泛的建筑、能源和交通部門的重大變革下，才能實(shí)現(xiàn)凈零排放。”

“重要的是，我們的路線圖將不會抵消排放或離岸生產(chǎn)。我們認(rèn)為，凈零排放應(yīng)該通過減少英國制造的建筑材料的排放來實(shí)現(xiàn)，而不是通過“碳泄漏”來實(shí)現(xiàn)，即英國的生產(chǎn)被進(jìn)口產(chǎn)品取代，只是把排放責(zé)任轉(zhuǎn)移到國外。目標(biāo)應(yīng)該是在確保英國承擔(dān)其排放責(zé)任的同時，保留英國的就業(yè)機(jī)會和經(jīng)濟(jì)價值?！?/p>

c.其他

歐盟主要國家設(shè)定了2050年達(dá)到碳中和的目標(biāo)，芬蘭的目標(biāo)是在2035年實(shí)現(xiàn)碳中和，之后迅速實(shí)現(xiàn)碳負(fù)。

二、美洲

加拿大：多種手段實(shí)現(xiàn)凈零碳混凝土

加拿大政府和加拿大水泥協(xié)會(CAC)已經(jīng)建立了合伙關(guān)系，以支持實(shí)現(xiàn)凈零碳混凝土的路線圖。該路線圖將為加拿大水泥工業(yè)提供到2050年實(shí)現(xiàn)凈零碳混凝土所需的技術(shù)、工具和政策指導(dǎo)，包括：

1.通過數(shù)據(jù)戰(zhàn)略、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、采購和推廣，支持在加拿大發(fā)展低碳排放供應(yīng)鏈；

2.跨部門和政府協(xié)調(diào)，加大對新技術(shù)、產(chǎn)品和流程等高潛力的研究和投資，以開發(fā)減少水泥和混凝土生產(chǎn)過程中的碳排放量；

3.與聯(lián)邦、省、地區(qū)合作伙伴、制造商、清潔技術(shù)解決方案提供商以及其他利益相關(guān)方進(jìn)行合作，以實(shí)現(xiàn)低碳水泥制造的全球領(lǐng)導(dǎo)地位，實(shí)現(xiàn)凈零碳混凝土的目標(biāo)。

實(shí)現(xiàn)國家實(shí)現(xiàn)凈零碳混凝土路線圖的目標(biāo)，可能導(dǎo)致到2030年累計減少超過1500萬噸溫室氣體排放，然后繼續(xù)每年減少超過400萬噸。

美國：2045年實(shí)現(xiàn)凈零碳排放

加州和內(nèi)華達(dá)州水泥協(xié)會(CNCA)發(fā)布了水泥行業(yè)碳中和路線圖，表示到2045年將實(shí)現(xiàn)凈零碳排放。CNCA的路線圖概述了實(shí)現(xiàn)碳中性的三條主要途徑：減少制造工藝排放；通過燃料轉(zhuǎn)換減少燃燒排放；增加分布式發(fā)電。許多能夠大幅減少水泥行業(yè)排放足跡的技術(shù)、燃料、材料和工藝已經(jīng)存在。然而，法律、監(jiān)管、許可、市場接受等障礙及成本挑戰(zhàn)、供應(yīng)限制和技術(shù)差距等因素均限制了其影響。該路線圖詳細(xì)闡述了每一種途徑的關(guān)鍵減排戰(zhàn)略，但2021年最直接、最具影響力的機(jī)遇是：

1.投資一項(xiàng)有前景且關(guān)鍵的長期技術(shù)--碳捕獲、使用和存儲(CCUS)；

2.通過轉(zhuǎn)換低排放的燃料替代品，如工程廢料和生物質(zhì)，減少燃燒排放。

三、亞洲

印度：增長的水泥需求帶來更大挑戰(zhàn)

世界可持續(xù)發(fā)展工商理事會（WBCSD）分別于2013年和2018年發(fā)布了印度水泥行業(yè)低碳技術(shù)路線圖報告。印度是世界第二大水泥生產(chǎn)國，快速的城市化、工業(yè)化，消費(fèi)需求上升、外國投資資金流入等正推動著印度水泥行業(yè)經(jīng)歷著高速增長浪潮。截至2017年，印度水泥產(chǎn)能為4.1億噸，到2025年預(yù)計將達(dá)到約6億噸。印度水泥行業(yè)被全球公認(rèn)為世界上能源效率最高的行業(yè)之一，很大的產(chǎn)量，使用的是低碳、節(jié)能的技術(shù)。印度大概99%的水泥產(chǎn)能使用干法制造，其中50%是在過去10年建成的。

2017年，印度水泥行業(yè)的直接碳排放強(qiáng)度為588kg/噸，與2010年相比下降了5%，提前三年實(shí)現(xiàn)了2020年減排的績效目標(biāo)。主要是依靠替代燃料使用的增加，熟料系數(shù)的減少和混合水泥產(chǎn)量的增加。印度水泥行業(yè)的熱替代率從2010年的0.6%增加到2017年的3%。據(jù)報道，印度有60多家水泥廠持續(xù)使用替代燃料。生物質(zhì)占替代燃料消耗總量的24%。2010年，混合水泥占印度水泥生產(chǎn)總量的68%。這在2017年增加到水泥總產(chǎn)量的73%，很大程度上是由于市場對混合水泥的日益接受，對可持續(xù)發(fā)展概念的日益認(rèn)識，來自火力發(fā)電廠的粉煤灰的可用性和先進(jìn)技術(shù)的使用。熟料系數(shù)從2010年的0.74降低至2017年的0.71。

與2010年相比，2017年的總碳排放排放強(qiáng)度下降至670 kg/噸，減少了6.8%。但行業(yè)仍需要做出重大努力，以實(shí)現(xiàn)2050年目標(biāo)所要求的40%的減排。

在過去多年里，印度的水泥產(chǎn)量穩(wěn)步增長，從2010年的217噸增加到2017年的280噸，這得益于該國的城市化和工業(yè)化，住房和商業(yè)地產(chǎn)需求的增長以及基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展。2017年印度人均水泥消費(fèi)量約195公斤，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于人均520公斤的世界平均水平，這意味著在滿足未來未滿足的需求方面存在著巨大的潛力。預(yù)計到2025年，印度的水泥產(chǎn)量將以6-7%的復(fù)合年增長率增長。水泥需求的增加給減少碳排放帶來了更大的壓力。

在向低碳未來過渡的過程中，該行業(yè)需要大量投資。印度水泥行業(yè)需要120億至250億美元的凈累計額外投資成本，以實(shí)現(xiàn)減排目標(biāo)。到2050年，水泥生產(chǎn)中的碳捕集技術(shù)將為印度累計增加410億至520億美元的投資需求。在對理論水泥工廠進(jìn)行的技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究中，報告的二氧化碳減排成本從約55-70美元/噸（富氧燃料技術(shù)）到約90-150美元/噸 （燃燒后捕獲）不等，這取決于工廠規(guī)模且不包括二氧化碳的運(yùn)輸和儲存。

其他：日韓同樣2050年實(shí)現(xiàn)凈零排放

日本首相菅義偉承諾，日本將在2050年前實(shí)現(xiàn)凈零排放，并在此期間將現(xiàn)有的減排目標(biāo)提高80%。作為世界第三大經(jīng)濟(jì)體和第五大二氧化碳排放國，日本嚴(yán)重依賴化石燃料來滿足其能源需求。日本的可再生能源行業(yè)還處于起步階段，由于風(fēng)力發(fā)電、核電等都無法取代日本對進(jìn)口化石燃料的依賴，氫已被日本政府認(rèn)定為最強(qiáng)大的替代燃料，為其實(shí)現(xiàn)凈零排放的目標(biāo)提供動力。隨后，韓國總統(tǒng)文在寅也稱，要與國際社會一起致力于在2050年實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)。

總結(jié)：亟需政策大力支持 靜待技術(shù)突破

通過對國際組織和部分國家水泥行業(yè)碳中和路線的資料研究，目前國際主流的觀點(diǎn)如下：一、多數(shù)國家提出在2050年達(dá)成凈零排放，即碳中和。由于水泥碳排放的特征，水泥行業(yè)在現(xiàn)有的技術(shù)之下能夠?qū)崿F(xiàn)50%左右的減排量，但要實(shí)現(xiàn)凈零排放，一方面不能僅僅靠水泥行業(yè)本身，而需要整個產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同努力，混凝土、物流運(yùn)輸、電力、建筑業(yè)等等；另一方面需要突破性技術(shù)的應(yīng)用。二、突破性技術(shù)的投資巨大，政府資金、政策的支持至關(guān)重要，以實(shí)現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)性。