高長明：對我國水泥工業(yè)減碳技術(shù)措施及其效果的分析與建議

一.我國水泥工業(yè)碳排放現(xiàn)狀

水泥工業(yè)的碳排放占全球人為二氧化碳排放總量的7.5%，而在我國其占比卻高達(dá)13.75%。為了履行我國實(shí)現(xiàn)“3060”的莊嚴(yán)承諾，水泥工業(yè)的減碳任務(wù)面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。水泥工業(yè)是我國實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)中的重要行業(yè)，具有全局性的影響。我們必須堅(jiān)決圓滿的完成這個(gè)光榮而艱巨的歷史使命。

2020年，我國人為二氧化碳排放總量102億噸，水泥產(chǎn)量23.8億噸，熟料產(chǎn)量15.8億噸，熟料系數(shù)CF 0.66，水泥工業(yè)二氧化碳排放量13.75億噸，單位水泥碳足跡578 kgCO₂/t.c.。

借鑒德國和歐盟等國家的經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際數(shù)據(jù)，從水泥工業(yè)自力更生自身努力減碳的使命感出發(fā)，針對我國普通硅酸鹽水泥的三大排碳源頭行之有效的減碳途徑和技術(shù)措施共有七項(xiàng)。詳見表1中所列（下同）。

搜索分析國內(nèi)外的有關(guān)資料數(shù)據(jù)，按照我國現(xiàn)今水泥碳足跡578 kgCO₂/t.c.的實(shí)際數(shù)據(jù)，筆者對我國水泥工業(yè)在未來30年（即2021至2050年之間）各項(xiàng)減碳技術(shù)措施的潛力和效果進(jìn)行了研究分析和預(yù)測(表1)。

所謂減碳潛力是指在上述規(guī)定期限內(nèi)，各項(xiàng)減碳指標(biāo)可能達(dá)到的最佳水平或理論極限值。例如減碳措施的第4~第7項(xiàng)：TSR達(dá)100%，熟料熱耗達(dá)650kcal/kg.cl.，水泥電耗達(dá)70 kWh/t.c.，以及余熱發(fā)電凈值達(dá)36 kWh/t.c.等?？梢钥闯觯@些減碳措施均已使出了“洪荒”之力，幾乎用盡了。計(jì)算得知，第4~第7的減碳效果，即各項(xiàng)的減碳量分別為40、38、10和6 kgCO₂/t.c.。這就是各項(xiàng)減碳技術(shù)措施可以貢獻(xiàn)出的最大減碳量，共計(jì)94 kgCO₂/t.c.。

實(shí)際上，因?yàn)樗嗵甲阚E主要源于原料帶入的工藝排放，所以其減碳的主力必將由降低熟料系數(shù)CF，少用熟料；提高低熟料含量水泥LCC和PC 32.5水泥用量占比；以及開拓提高新型低碳膠凝材料SCM用量占比等三項(xiàng)減碳措施來承擔(dān)。這第1、2、3三項(xiàng)的減碳數(shù)據(jù)是相互關(guān)聯(lián)的，相輔相成的。故將其減碳潛力與效果(減碳量)一并綜合考慮計(jì)算。我國現(xiàn)今的情況大致是CF為0.66，PO 32.5水泥用量占比約45%，LCC和SCM用量占比約0.5%。預(yù)計(jì)到2050年，CF將降低到0.56，PC 32.5水泥和PO 32.5水泥的用量占比將上升到55%以上，而且以PC 32.5水泥為主，LCC和SCM用量占比上升到6%以上。這樣措施1~3項(xiàng)的減碳能力可達(dá)128 kgCO₂/t.c..七項(xiàng)減碳措施的能力合計(jì)為222 kgCO₂/t.c..我國水泥工業(yè)有望在2050年達(dá)到碳中和。

二、PC 32.5水泥對水泥工業(yè)實(shí)現(xiàn)碳中和的重要意義

國內(nèi)外的長期實(shí)踐業(yè)已證實(shí)，PC 32.5水泥與PO 32.5水泥相比具有三方面的優(yōu)勢：1)對各種工程需求的適應(yīng)性較好，生產(chǎn)過程中便于適當(dāng)調(diào)節(jié)性能，利于應(yīng)用。2)可以對不同品種混合材采用不同程度的深加工.更好的激發(fā)各種混合材的活性。更多的發(fā)揮其對熟料的部分替代作用。3)采用混合材深加工技術(shù)和混凝土外加劑技術(shù)后，PC 32.5水泥制備的C30混凝土各方面的性能均足以與等量的PO 42.5水泥制備的相比美。在這一應(yīng)用領(lǐng)域PC 32.5水泥對PO 42.5水泥的取代效能優(yōu)于PO 32.5水泥。但是應(yīng)該看到，PO 32.5水泥對有些工程應(yīng)用也是很適宜的，所以采取以PC 32.5水泥為主，PO 32.5水泥為輔的策略是符合我國工程實(shí)際需求的。

現(xiàn)今歐洲市場上LCC和SCM的應(yīng)用情況大致如下。所謂低熟料含量水泥LCC，完整的講包括兩個(gè)部分。一是現(xiàn)有的歐盟水泥標(biāo)準(zhǔn)中近年新增的EN 197 CEM II/C-M,CEM V，CEM VI等32.5復(fù)合水泥（與我國原有的PC 32.5水泥相當(dāng)），其熟料系數(shù)CF可以低到0.31~0.49之間，市場占有率22%左右。另一部分這是正在大力開拓創(chuàng)新的CF為0.20或更低的水泥，正在試驗(yàn)研發(fā)階段。

另外，新型低碳膠凝材料SCM目前在歐洲市場上的產(chǎn)品主要有：硫(鐵)鋁鹽水泥（GSA），高貝利特低碳水泥，煆燒粘土LC3水泥，硅酸鈣(鎂)制成的Solidia水泥，硅酸鈣和石英制成的Celitement水泥，Porsa水泥(BCSA)，Aether低碳水泥，Geopolymers：地礦膠凝材料；等等。其中除了前三種有少量應(yīng)用以外(市場占有率約1~2%)。其余的均在開拓創(chuàng)新之中，處于研發(fā)試驗(yàn)初期。當(dāng)然也不排斥還有一些新類型新品種的SCM也有出現(xiàn)的可能。但是總的來說，SCM要達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的程度，譬如市場占有率達(dá)10%左右，估計(jì)可能要到2030年以后了。

事實(shí)表明，我國經(jīng)過了7~8年前發(fā)動的一場淘汰低標(biāo)號水泥的“運(yùn)動”以來，市場已經(jīng)給出了明確的回答：這種做法不科學(xué)，不可行！筆者認(rèn)為，我們現(xiàn)在應(yīng)該反省，糾錯(cuò)止損該到時(shí)候了。必須盡快的恢復(fù)被”修改單”取消了許多年的PC 32.5水泥標(biāo)準(zhǔn)。

同時(shí)還應(yīng)大力開拓研發(fā)創(chuàng)新LCC和SCM的應(yīng)用，提高其用量占比達(dá)6%以上。這樣我國減少水泥工藝碳排放的潛力才能得以應(yīng)有的發(fā)揮，綜合減碳量達(dá)128 kgCO₂/t.c.左右。

反之，如果我國水泥工業(yè)仍堅(jiān)持所謂”水泥高標(biāo)號化，低標(biāo)號水泥必須淘汰”的主張。那么，屆時(shí)其CF值非但不可能下降，反而還會上升到0.70以上。最終的效果不是減碳反而是增碳！一進(jìn)一出兩者相差，實(shí)際上無形中給我國水泥工業(yè)達(dá)到碳中和目標(biāo)增加了將近200 kgCO₂/t.c.的減碳負(fù)擔(dān)。不言而喻，兩種抉擇兩個(gè)結(jié)果，PC 32.5水泥標(biāo)準(zhǔn)的恢復(fù)與否，對我國水泥工業(yè)實(shí)現(xiàn)碳中和的質(zhì)量良莠具有決定性的影響。

時(shí)至今日我國水泥界應(yīng)該可以，而且必須做出正確的判斷，當(dāng)機(jī)立斷，糾錯(cuò)止損，不能再延誤了。為了我國整個(gè)水泥工業(yè)長遠(yuǎn)的根本利益，筆者懇請呼吁廣大有識之士，打消顧慮解脫羈絆(如果有的話)，暢所欲言，為我國恢復(fù)PC32.5水泥標(biāo)準(zhǔn)做出自己應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

三,對我國水泥工業(yè)減碳措施布局的建議

德國和歐盟各國以及世界著名的老牌水泥企業(yè)集團(tuán)Heidelberg，Lafarge-Holcim，Cemex，Votorantin，CRH，Italcementi，Buzzi-Unicem……在2012年前后紛紛承諾，2050年實(shí)碳中和以后，2020年又達(dá)成了一個(gè)共同的中期目標(biāo)。2030年要將各自水泥的碳足跡降到475 kgCO₂/t.c.以下。如果從2000年算起，大概是前30年(2000~2030年)削減250 kgCO₂/t.c.（725-475），后20年(2030~2050年)再削減250 kgCO₂/t.c.（475-225）。這樣2050年水泥碳足跡將達(dá)225 kgCO₂/t.c..左右。屆時(shí)扣除自然碳匯和CCSU分別為115和110 kgCO₂/t.c.，就可以比較理想的實(shí)現(xiàn)碳中和了。

經(jīng)過前20年(2000~2020年)的實(shí)踐表明，預(yù)計(jì)前250 kgCO₂/t.c.(725-475)的減碳都可以通過減碳措施1~6共同發(fā)揮作用來完成,后250 kgCO₂/t.c.(475-225)必將須要更多的依賴減碳措施1~3的主力作用了，如圖1所示。

圖1：歐洲和世界著名水泥企業(yè)集團(tuán)對實(shí)現(xiàn)碳中和的承諾及減碳措施

應(yīng)該指出，表1是在我國盡快恢復(fù)PC 32.5水泥標(biāo)準(zhǔn)的前提下，2050年我國水泥碳足跡預(yù)測可達(dá)356 kgCO₂/t.c.。這與屆時(shí)德國的225 kgCO₂/t.c.還有不小的差距。我國尚需減碳措施1~3項(xiàng)繼續(xù)努力（最好能再減碳100 kgCO₂/t.c.左右），做出更多的貢獻(xiàn)。因?yàn)槲覈?0年來在這三項(xiàng)措施方面走上了一段彎路，耽誤了10多年的時(shí)間。實(shí)際上我國至今都還沒有擺脫自己挖的”坑”。表1中減碳措施1~3項(xiàng)的數(shù)據(jù)，只不過是筆者個(gè)人的”美好愿望”而已。說來似乎有點(diǎn)傷感。但是我堅(jiān)信：尊重科學(xué)，鍥而不舍，我國水泥工業(yè)一定會走上正確發(fā)展的道路。

根據(jù)德國水泥工廠聯(lián)合會VDZ的最新資料，現(xiàn)今德國水泥工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)平均數(shù)據(jù)大致為：CF 0.68，32.5復(fù)合水泥用量占比約23%，LCC和SCM用量占比約1~2%，TSR 72%，熟料熱耗780kcal/kg.cl.，水泥電耗90 kWh/t.c.。他們認(rèn)為采用持續(xù)提高TSR，降低熟料熱耗和水泥電耗三項(xiàng)技術(shù)措施的減碳量可達(dá)約70 kgCO₂/t.c.。暫不考慮余熱發(fā)電的因素，因其對減碳量的影響甚微。

2020年11月VDZ發(fā)布的《德國水泥工業(yè)碳中和路線圖》中明確指出，2030年后水泥減碳的重點(diǎn)在于二氧化碳的工藝排放。要將CF降到0.53，32.5復(fù)合水泥用量占比提高到45%，LCC和SCM用量占比提高到10%。這樣將可再減少二氧化碳的工藝排放約100 kgCO₂/t.c.。對水泥工業(yè)碳中和的高質(zhì)量實(shí)現(xiàn)具有決定性的作用。

得悉德國最新的上述動態(tài)后，確實(shí)再一次給我國極大的啟迪和鼓勵(lì)。筆者深刻體驗(yàn)到，即使在我國盡快的恢復(fù)PC 325水泥標(biāo)準(zhǔn)的條件下，我國水泥工業(yè)遲早也會面對德國現(xiàn)今的局面的。他們現(xiàn)今所采取的應(yīng)對之策，非常值得我國學(xué)習(xí)借鑒。這就更增強(qiáng)了本人堅(jiān)決建議我國早日恢復(fù)PC 32.5水泥標(biāo)準(zhǔn)的信心和決心。甚至可以說，恢復(fù)PC 32.5水泥標(biāo)準(zhǔn)是我國水泥工業(yè)園滿實(shí)現(xiàn)碳中和不可或缺的必要措施。老夫這個(gè)發(fā)自心底的呼吁乃良苦之心，肺腑之言，應(yīng)舉之義也！懇請國家主管部門和水泥標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會理解支持。

參考文獻(xiàn)

1.IEA,CSI,WBCSD:Technology Roadmap for Low Carbon Transition in the

Cement Industry.March 2018

2.高長明：關(guān)于當(dāng)代水泥工業(yè)與水泥品種技術(shù)發(fā)展方向問題的最新國際動態(tài).

《水泥》2019 NO.11 p.1-4

3.VDZ:Carbon Neutral Roadmap for the German Cement Industry.

Nov.2020

4.高長明:國際水泥工業(yè)碳減排路徑分析及未來先進(jìn)前沿技術(shù)方向與應(yīng)用.

中國建材工業(yè)聯(lián)合會《國際碳減排論壇》上的報(bào)告2021.07.29.

一場以提升資源利用率，建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟(jì)體系為核心的時(shí)代浪潮正在滾滾襲來！

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