散裝水泥全生命周期的綠色產(chǎn)業(yè)與碳中和
散裝水泥是最主要的膠凝材料，與粉煤灰、礦渣粉、燒粘土（煤矸石）、火山灰、硅灰或超細石灰石粉等輔助性膠凝材料一起，將現(xiàn)代文明社會賴以生存的建筑和交通基礎(chǔ)設(shè)施等粘接起來。以散裝水泥為核心的膠凝材料，加之砂石骨料等輔助性材料構(gòu)成的混凝土材料，是世界上僅次于水的最大的人類消耗的材料。初步估算，我國目前每年生產(chǎn)的23億噸水泥，制成混凝土后的重量要接近200億噸，應(yīng)該是最大的物流產(chǎn)業(yè)和資源型產(chǎn)業(yè)。
這樣巨大的物質(zhì)資源量，一旦建成的建筑和基礎(chǔ)設(shè)施廢棄，將形成同樣海量的建筑固廢。如何在散裝水泥的全生命周期，打造綠色循環(huán)型產(chǎn)業(yè)，實現(xiàn)低碳發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展，盡快實現(xiàn)碳中和，是本文要進行探討的一個核心問題。也是中國散協(xié)的一項歷史使命。
1、國內(nèi)外背景
全球矚目的大事件是落實巴黎氣候協(xié)議，依據(jù)該協(xié)議，爭取在2050年前，全球氣候變暖的溫度不超過2℃，最好是不超過1.5℃。為達此目的，發(fā)達國家紛紛制定節(jié)能減排計劃，力爭到2050年實現(xiàn)絕對減排目標(biāo)，二氧化碳排放達到碳中和的階段。
中國屬于發(fā)展中國家，沒有絕對減排義務(wù)，實施自主相對減排。絕對排放量的目標(biāo)是到2030年實現(xiàn)排放峰值，力爭2025年前達峰；到2060年實現(xiàn)碳中和，比發(fā)達國家大幅度放寬。
在應(yīng)對全球氣候變化和節(jié)能減排領(lǐng)域，我國雖然贏得了較大的排放權(quán)空間，但是如果不注重低碳發(fā)展和能源轉(zhuǎn)換技術(shù)的進步，很有可能會在新的一輪科技進步過程中喪失知識更新的機遇，錯失新的歷史發(fā)展進程。就和世界上所有的事物發(fā)展一樣，有一利必有一弊。我們務(wù)必提高警惕，意識到新的一輪節(jié)能減排科技競賽，絕不僅僅是一個排放和發(fā)展權(quán)博弈的問題，同樣存在科技實力競爭的提升和優(yōu)化的問題。
如果僅注重爭取排放權(quán)，重復(fù)走別人走過的老路，輕視節(jié)能減排和發(fā)展新能源，最終競爭的結(jié)果，很有可能是獲得了排放權(quán)，但是喪失了知識更新、能源轉(zhuǎn)換、環(huán)境提升和技術(shù)進步的機遇。
我們先不管全球變暖的威脅是否是一個偽命題，僅從知識更新、能源安全、環(huán)境保護和科技進步的角度來衡量，就可以看出節(jié)能減排、低碳發(fā)展是一項急迫而且具有重要現(xiàn)實和深遠歷史意義的大課題。
從世界水泥工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢來看，我國的水泥產(chǎn)業(yè)都存在著諸多的不確定性和發(fā)展隱憂。
這些問題包括：（1）產(chǎn)能嚴(yán)重過剩；（2）碳排放量居高不下；（3）應(yīng)用環(huán)節(jié)的深加工產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊；（4）建筑和基礎(chǔ)設(shè)施壽命短、耗能高；（5）再生環(huán)節(jié)循環(huán)率低、環(huán)境負荷巨大等問題。
為了更清晰地了解我們的產(chǎn)業(yè)所處的國內(nèi)外環(huán)境，我們來比較一下國內(nèi)外的碳排放形勢。
全球的碳排放、中國的碳排放，以及全球水泥工業(yè)的碳排放和中國水泥工業(yè)的碳排放分別見圖1、表1和表2。
在全球碳項目（GlobalCarbonProject）中，研究人員發(fā)布了一份全球二氧化碳排放總量的估計值。據(jù)該項目估計，2018年二氧化碳的排放量比2017年增加了2.1%。2019年的初步數(shù)據(jù)來自截至11月中旬的可用數(shù)據(jù)，增幅較小，預(yù)計為0.6%。
該研究包括2019年各種燃料的全球趨勢，其中煤炭使用量下降了約0.9%，石油上升了0.9%，天然氣上升了2.6%，水泥生產(chǎn)的直接排放量上升了約3.7%。數(shù)據(jù)還顯示，初步估計2019年中國的排放量增加了2.6%，比2018年的4.7%有所下降。在中國，煤炭的使用基本保持不變，但石油增長了6.9%，天然氣增長了9.1%。
圖12017-2019全球二氧化碳排放量（資料來源：網(wǎng)絡(luò)公開）
為估算我國水泥工業(yè)的碳排放形勢，本文的單位熟料碳排放系數(shù)采用每噸熟料約排放0.86tCO2來測算。近3年全國水泥的熟料產(chǎn)量和相應(yīng)的碳排放量計算結(jié)果，如表1所示。
注：?碳交易網(wǎng)2019年4月28日報道，據(jù)研究機構(gòu)推算，2018年中國二氧化碳排放總量100億噸，同比增長2.3%；按此推算，得到2017年二氧化碳排放量。
??獨立研究機構(gòu)榮鼎咨詢（RhodiumGroup）研究報告，中國2019年溫室氣體上升2.6%；相當(dāng)于139.2億噸二氧化碳，比2010-2019年間每年上升的大約3%有所下降。
從表1中的初步計算數(shù)據(jù)可以看出，中國水泥工業(yè)直接排放的二氧化碳絕對排放量這幾年還在增長。按照有些官方的排放數(shù)據(jù)比較，全國的CO2絕對排放總量在100億噸左右，如果按照非官方的估算數(shù)據(jù)，要高達139.2億噸。水泥工業(yè)的CO2排放在全國排放的總量中所占的比例都在10%以上，國際上一般是5%左右，這從另一個側(cè)面說明了中國的水泥產(chǎn)量仍處于高位狀態(tài)。中國的總排放和全世界的總排放比較，占比高達33%以上，也是一個不尋常的狀態(tài)。
中國的總排放和相對排放都處于非常高的狀態(tài)，但是為什么還可以持續(xù)一段時間？從表2我們可以看出，盡管中國已經(jīng)成為最大的排放國家，但是我們的人均排放仍然比較低，累積排放也必然是比較低的。因此，和印度等人口大國一樣，還可以爭得繼續(xù)排放一些年權(quán)利，一直到2030年達到高峰，希望2025年達到高峰，而2060年必須實現(xiàn)碳中和。
表2全球主要國家CO2排放情況（資料來源：網(wǎng)絡(luò)檢索，2015年公布）
圖2、圖3是1990年以來發(fā)達國家和發(fā)展中國家實施碳減排以來的發(fā)展過程。從中可以看出，發(fā)達國家的碳排放已經(jīng)在穩(wěn)定的基礎(chǔ)上逐年遞減。發(fā)展中國家還在穩(wěn)步上升之中，這對控制全球CO2排放和氣候變暖是一個挑戰(zhàn)。
圖21990年以來全球發(fā)達國家和發(fā)展中國家二氧化碳排放比較
從圖3中，可以更直觀地看出，歐美日等發(fā)達經(jīng)濟體的碳排放是絕對減少的；而發(fā)展中國家則是絕對量仍在持續(xù)上升，只是創(chuàng)造單位GDP的碳排放在相對減少。
圖3近兩年歐盟、美國、日本和發(fā)展中國家二氧化碳排放
對于發(fā)達國家實施絕對減排，發(fā)展中國家實施相對減排的利和弊，我們應(yīng)該給以辯證的分析。一方面，實施不同的減排政策，體現(xiàn)了排放權(quán)的公平原則，成為現(xiàn)實選擇。但是，另一方面，畢竟時代已經(jīng)不一樣，發(fā)展中國家在獲得排放權(quán)的同時，也同樣面臨著環(huán)境污染加重，人均壽命增長緩慢；能源安全受到挑戰(zhàn)，新能源技術(shù)發(fā)展緩慢；我們是否應(yīng)該重復(fù)或故意犯發(fā)達國家在相對落后時代犯的老錯誤？如果不能夠正確地認識到這一問題，過分堅持走老路，或許也會犯一個十分愚蠢的錯誤？！
我們在保留爭取排放權(quán)的同時，也要注意減少或避免重復(fù)發(fā)達國家已經(jīng)被歷史證明的錯誤路線（假如是這樣）。如果能采取新技術(shù)或新的文明方式，我們沒有必要抱殘守缺，非要因循守舊。用別人犯的錯誤懲罰自己，那不一定是很好的辦法！如果充分利用后發(fā)優(yōu)勢，實現(xiàn)彎道超車，或許是聰明的選擇。
有鑒于此，我們有必要參考發(fā)達國家的理論、經(jīng)驗和做法，來考慮一下我們的散裝水泥全生命周期綠色產(chǎn)業(yè)鏈的低碳發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略選擇問題。
2、散裝水泥全生命周期的綠色產(chǎn)業(yè)布局
散裝水泥從礦山原料或二次資源制備的原料開始，算作第一個階段；將原料輸送到水泥廠，再進行各種原料配比、制備生料、煅燒熟料、粉磨水泥和發(fā)送產(chǎn)品，就完成了散裝水泥的全部生產(chǎn)過程，這是第二個階段；進入第三個階段，發(fā)送散裝水泥，即散裝水泥產(chǎn)品的子流通過程（相對于散裝水泥的全生命周期大流通過程而言）。經(jīng)過一段子流通過程，散裝水泥開始進入第四個階段，也就是散裝水泥不同應(yīng)用的前期加工階段或深加工階段（包括生產(chǎn)砂漿、混凝土、預(yù)制構(gòu)件、混凝土制品、墻體材料、路橋材料、地下管廊、市政工程材料、隧道工程材料、道路材料、機場和海港等基礎(chǔ)設(shè)施的材料領(lǐng)域）。在第四階段，還不能說是散裝水泥的終產(chǎn)品階段，說是半成品或深加工產(chǎn)品階段，或許更確切些。因此，在第四個階段形成了一些中間產(chǎn)業(yè)，這些產(chǎn)業(yè)到底歸屬于哪些行政部門管理，一直是眾說紛紜、八仙過海，各顯神通。從這些中間深加工產(chǎn)業(yè)，又過渡到下一個階段，也就是第五個階段，散裝水泥經(jīng)過深加工做成各種建材產(chǎn)品后，提供給建筑行業(yè)或基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)來使用，變成最終的產(chǎn)品：建筑或基礎(chǔ)設(shè)施。這時，才能明確能看出是屬于建筑還是屬于交通部門的業(yè)務(wù)管轄范圍了。當(dāng)然，交通范圍也比較廣泛，諸如公路、鐵路、隧道、橋梁、機場或碼頭，也是分屬于不同的行政管轄范圍，而只有散裝水泥的原料、生產(chǎn)、流通和使用才是從頭到尾的一條主線。當(dāng)這些散裝水泥在應(yīng)用行業(yè)用過之后，散裝水泥制品就到了廢棄的階段，也就是變成建筑垃圾或工程拆除的固廢階段，也是再次變成再生建材或水泥原料的開始階段了，這是散裝水泥綠色產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第六個階段，同時也是散裝水泥再生原料的開始階段，又回到了散裝水泥綠色產(chǎn)業(yè)的第一階段了。
由此看來，散裝水泥從原料或出生開始，到最終廢棄或再次新生，整個全生命周期，至少要經(jīng)歷五個階段或六個階段。這五或六個階段，就是我們所要討論的散裝水泥全生命周期綠色產(chǎn)業(yè)低碳發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展的核心內(nèi)容。
只有這六個階段的每個階段排放的二氧化碳降到最低，整個散裝水泥全生命周期、全產(chǎn)業(yè)鏈的溫室氣體的加和才會最小化或趨于碳中和，這才是真正的綠色產(chǎn)品或綠色發(fā)展最重要的評價指標(biāo)之一。
散裝水泥綠色產(chǎn)業(yè)全生命周期發(fā)展大循環(huán)示意圖（圖4）
圖4散裝水泥全生命周期綠色產(chǎn)業(yè)循環(huán)發(fā)展大流通示意圖（資料來源：田桂萍，2020）
散裝水泥在其全生命周期里，如何做到低碳發(fā)展、綠色發(fā)展，我們在第三節(jié)里詳細討論一下它們各自的發(fā)展重點或發(fā)展方向。
在討論之前，我們參考一下歐盟水泥工業(yè)2050年實現(xiàn)碳中和的技術(shù)路線圖（圖5）。
圖5歐盟水泥工業(yè)2050年碳中和路線圖（資料來源：歐陽心桐，2020）
參照歐洲水泥工業(yè)的低碳發(fā)展路線圖，結(jié)合中國散裝水泥綠色產(chǎn)業(yè)發(fā)展的實際，我們首先來定性或半定量地分析和研討一下全產(chǎn)業(yè)鏈、全生命周期的碳中和與發(fā)展路線。有關(guān)的定量分析，限于時間和篇幅，放在另外的專題研究中詳細討論。
3、散裝水泥全產(chǎn)業(yè)鏈綠色發(fā)展方向
從圖5可以看到，散裝水泥在生產(chǎn)階段，歐盟2019年每噸水泥的二氧化碳排放量是670kg；而我們初步估算一下，我國的噸水泥排放近三年大約是567-606kg之間；數(shù)量比歐洲少60多公斤。分析原因可能和我國的熟料系數(shù)比較低有關(guān)，該項減排潛力在歐洲還有70公斤的數(shù)額。也可能是和選取的排放因子估算有關(guān)；由于統(tǒng)計數(shù)據(jù)缺乏，形成差異的原因可能是多方面的。也有比較口徑不一樣的原因，還不好進行簡單的判斷和比較。此處只作為定性分析比較，不涉及到技術(shù)先進與否的判斷問題（注：本文采用汪瀾教授提供的每噸熟料的排放因子為0.86，來推算噸水泥的二氧化碳排放量；在電力排放因子的選擇方面，采用了國家有關(guān)部門提供的綜合數(shù)據(jù)：592g-CO2/kWh；在水泥綜合電耗數(shù)據(jù)計算時，采用了國內(nèi)比較先進廠家的電耗數(shù)據(jù)）。
不管怎么說，無論是歐洲發(fā)達國家，還是我國的水泥工業(yè)，從現(xiàn)在（2020年）開始，到今后2050或2060年，都要通過全生命周期的每個環(huán)節(jié)的節(jié)能減排，把水泥工業(yè)生產(chǎn)過程排放的二氧化碳，不管是670kg也好，還是606kg,都將通過各種措施，最終全部實現(xiàn)零排放或碳中和。
從歐盟的路線圖上可以看到，除了水泥生產(chǎn)過程的碳減排，還要通過在混凝土的運輸和應(yīng)用階段的再碳化中和掉114kg。在水泥生產(chǎn)階段中和不掉的280kg，可能還需要碳儲存和碳利用把它們中和掉?？梢娞魬?zhàn)性也是不小的，因為碳存儲不是太容易，成本太高。作為替代方案，在散裝水泥隨后的建筑應(yīng)用中，我們采用被動式零能耗或產(chǎn)能房的補充措施，或許是碳中和更加給力的一項舉措。
下面，我們沿著散裝水泥的全產(chǎn)業(yè)鏈、全生命周期，以定性為主，定量和半定量為輔，討論一下每個環(huán)節(jié)的碳中和技術(shù)和綠色發(fā)展可能對節(jié)能減排的潛在影響及發(fā)展方向。
3.1散裝水泥綠色產(chǎn)業(yè)的原料制備
在散裝水泥原料的選擇方面，盡可能利用各種廢棄物，諸如工業(yè)尾礦、建筑垃圾、市政垃圾、工業(yè)副產(chǎn)物和化工或冶金渣等固廢，千方百計減少天然資源的耗費量，這是國內(nèi)外一直崇尚的綠色發(fā)展理念。
礦山資源的高效利用、綜合利用、搭配開采、吃干榨盡等，都是綠色礦山的最新發(fā)展態(tài)勢。建筑垃圾經(jīng)過分級和超細粉磨，已經(jīng)可以用于水泥的混合材，摻加量可以高達30%。市政垃圾如下水道污泥，可以作為水泥廠的原料和燃料（AFR），在發(fā)達國家已經(jīng)是成熟技術(shù)，國內(nèi)也在先進工廠運行。工業(yè)副產(chǎn)品如脫硫石膏，早已成為水泥工業(yè)的緩凝劑?；ぴ珉娛?，作為水泥原料，在國內(nèi)已經(jīng)建設(shè)了不少水泥廠。冶金渣如礦渣和鋼渣，也在水泥行業(yè)有多年的應(yīng)用歷史了。鋼渣還有很大的潛力可以挖掘。煤矸石作為水泥或特種水泥的原料，正在醞釀更大的技術(shù)突破。
從節(jié)能減排的角度看，原料多用廢棄物，包括替代原料和替代燃料，可以大幅度減少主要原料石灰石中的二氧化碳排放，包括水泥熟料量的減少，也可以減少化石能源的排放。
由于替代原料和替代燃料的減排潛力最大，在國內(nèi)或許會等量、也可能會有超過歐盟減排數(shù)量（70+72kg）的潛力；鑒于國內(nèi)的熟料系數(shù)已經(jīng)比較低了（約0.6），減排空間有限；但是替代燃料的比例還不高（5-10%），提升后，減排空間很大。歐盟先進的國家，比如德國，替代燃料的比率已經(jīng)接近70%！因此，替代燃料和原料一項，國內(nèi)的節(jié)能減排潛力空間較大。如果不走這條路線，生活垃圾都送到垃圾電廠去，弊病太大，恐怕已是一條無法挽回的錯誤路線了。
3.2散裝水泥綠色產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)過程
散裝水泥的生產(chǎn)過程，工藝上簡單說就是“兩磨一燒”：原料制備成生料需要磨一次，生料煅燒成熟料，再加點石膏和混合材粉磨一次就成為了水泥。
我國水泥工業(yè)正處于高峰期后的緩慢下行期間，自2014年水泥產(chǎn)量達到24.9億噸的頂峰后，到今后2030年的一段時間里，是一個逐漸下行的階段。2020年之前是一個在緩慢下行前的一個高位波動運行期間。2020年之后，下行的速度會加快一些。
我國生產(chǎn)了全世界50%以上的水泥，目前已經(jīng)出現(xiàn)了嚴(yán)重的產(chǎn)能過剩。今后行業(yè)的總體發(fā)展趨勢是提質(zhì)增效、減量發(fā)展，價格和質(zhì)量齊升，數(shù)量逐步減少是大勢所趨。
從技術(shù)角度看，我國水泥行業(yè)今后幾十年發(fā)展的大趨勢有以下5大方向。
（1）超細粉磨和分別粉磨技術(shù)的革命，近期目標(biāo)是優(yōu)質(zhì)水泥，終極目標(biāo)是納米水泥；
（2）能源革命或替代燃料的革命，終極目標(biāo)是大部分或100%取代煤；
（3）利廢原料或混合材的革命，終極目標(biāo)是50%或在某些特種水泥領(lǐng)域100%取代天然原料；
（4）智能化的革命，終極目標(biāo)是無人工廠；
（5）特種水泥或低碳水泥的革命，最終目標(biāo)是大幅度減少波特蘭水泥的用量。
每個方向，都從不同的角度發(fā)力，最終都意味著大幅度的節(jié)能減排。如果上述幾個領(lǐng)域的技術(shù)都能夠突破，每噸水泥至少能減少一半以上的碳排放（譬如300-500kg，都有可能）！
3.3散裝水泥綠色產(chǎn)業(yè)的大流通
水泥出廠，進入流通流域；從袋裝改成散裝，節(jié)能減排效果顯著，綠色度增加；據(jù)測算，每噸散裝水泥要比每噸袋裝水泥減排45kg二氧化碳（蔣爾忠，2020）。從水泥廠到砂漿廠、預(yù)拌混凝土廠、預(yù)制構(gòu)件廠、制品廠等，再從這些工廠流通到建筑工地或修路造橋的施工現(xiàn)場，繼續(xù)流通，做成最終的成品，包括建筑和交通基礎(chǔ)設(shè)施。等到這些建筑或交通基礎(chǔ)設(shè)施廢棄后，形成建筑垃圾，再作為原料，做成再生建材，進入新的一輪循環(huán)。在從散裝水泥的生產(chǎn)、流通、深加工、建筑部品和部件，到最終的建筑和交通基礎(chǔ)設(shè)施的終產(chǎn)品，乃至廢棄后的再生原料的全生命周期大循環(huán)過程中，每個環(huán)節(jié)都需要綠色發(fā)展和低碳發(fā)展。僅有包裝是散裝的單一環(huán)節(jié)綠色發(fā)展理念是不夠的，還要在生產(chǎn)、應(yīng)用和廢棄的全生命過程中都要形成低碳發(fā)展和綠色發(fā)展的理念和產(chǎn)業(yè)形態(tài)。也就是水泥全生命周期的每個環(huán)節(jié)都要綠色，都不能中斷綠色發(fā)展理念，否則一個環(huán)節(jié)斷裂，整個系統(tǒng)就毀掉了。這就是我們強調(diào)的全生命周期綠色發(fā)展理念，進而采用全生命周期評價（LCA）散裝水泥綠色產(chǎn)業(yè)科學(xué)性發(fā)展的重要性。
散裝水泥在流通領(lǐng)域，過去幾十年來，我們散裝水泥工作者做了大量工作；散裝率從上個世紀(jì)80年代初的百分之十幾，發(fā)展到今天的67.5%（孫巖，2019）左右；目前仍以每年約一個百分點的速度向上提升，預(yù)計再有20年，我們?nèi)珖乃嗥骄⒀b率就可以達到90%以上，與發(fā)達國家水平持平。
散裝水泥即便達到了發(fā)達國家的散裝率水平，也不意味著散裝水泥事業(yè)的結(jié)束；在散裝水泥的全生命周期綠色產(chǎn)業(yè)發(fā)展領(lǐng)域，我們還有更多的事情要做。
在散裝水泥的流通領(lǐng)域，我們在綠色發(fā)展和低碳發(fā)展方面，還需要做的事情包括散裝車輛的低碳化，比如采用新能源的電動運輸車，混凝土或預(yù)制件的綠色輸送等，都要給予充分重視，應(yīng)及時提升到議事議程。
其次是智能化和大數(shù)據(jù)等問題，也是低碳發(fā)展，提升運輸和流通效率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。
還有就是和散裝水泥綠色產(chǎn)業(yè)密切相關(guān)的輔助性膠凝材料、砂石骨料等混凝土制造用的輔助原料，三者加起來的物流量，要接近200億噸，其交通運輸和市場流通物質(zhì)量十分巨大；如何做到低碳發(fā)展和綠色發(fā)展，都是不可以疏忽大意的、關(guān)系到重大的技術(shù)、經(jīng)濟、環(huán)境和社會問題。
在流通和運輸環(huán)節(jié)，散裝比袋裝節(jié)能減排顯著；電動汽車替代傳統(tǒng)車輛，比燒汽油或柴油的車輛更加節(jié)能減排。這些綠色發(fā)展理念，都將逐步成為人們自覺遵守的綠色發(fā)展常識。
歐盟在低碳路線圖里，計劃在混凝土輸送過程，減少60kg二氧化碳；國內(nèi)業(yè)界目前還沒有這樣的概念。
3.4散裝水泥深加工的若干綠色產(chǎn)業(yè)
散裝水泥在形成最終的建筑或交通基礎(chǔ)設(shè)施等最終產(chǎn)品之前，歷經(jīng)了砂漿、預(yù)拌混凝土、預(yù)制構(gòu)件、地下管廊、路橋材料和建筑部品、部件等諸多中間產(chǎn)品階段。這些材料，每隔幾年都面臨著升級換代、形式改進和質(zhì)量提升的問題。
從目前已經(jīng)出現(xiàn)的最新技術(shù)發(fā)展趨勢，可以看出砂漿領(lǐng)域已經(jīng)出現(xiàn)從普通砂漿向隔熱、保溫、防水、防腐、裝飾藝術(shù)和修補等多功能砂漿方向發(fā)展；品種也從普通的水泥砂漿，向石膏、石灰和混合砂漿等方向發(fā)展。
預(yù)拌混凝土，隨著裝配式建筑和被動式建筑的出現(xiàn)，目前正在向預(yù)制建筑和被動式裝配建筑需要的專用混凝土性能要求方向發(fā)展，包括高性能混凝土、高質(zhì)量混凝土、自密實混凝土、結(jié)構(gòu)自防水和結(jié)構(gòu)自保溫等功能性混凝土。
對于地下管廊、路橋材料和海洋工程材料等領(lǐng)域，特種混凝土的需求量也與日俱增。還有其它各個種類的混凝土材料，都在向提高質(zhì)量和提高性能等方向發(fā)展。最終的結(jié)果，都是要在提高性能的同時，延長壽命，減少單位性能（功能）的能耗、物耗，提高效率、降低成本，使單位產(chǎn)品的性價比最高化。
提高質(zhì)量和效率，意味著資源效率的提升，經(jīng)濟發(fā)展質(zhì)量的提升，技術(shù)、管理、裝備和產(chǎn)品的升級換代。
每個產(chǎn)品通過技術(shù)進步，比如延長產(chǎn)品的功能或使用壽命，都會帶來巨大的節(jié)能減排。在其它條件相同的情況下，產(chǎn)品壽命延長一倍、兩倍或三倍，就意味著節(jié)能減排一倍、兩倍或三倍；產(chǎn)品性能或功能提升一倍、兩倍或三倍，也意味著節(jié)能減排提升一倍、兩倍或三倍。
從碳減排的角度來衡量，我們需要發(fā)展石灰砂漿或水硬性石灰砂漿；石灰屬于氣硬性膠凝材料，是散裝水泥的另類輔助性膠凝材料。發(fā)展石灰砂漿或石膏砂漿的道理在于，一是石灰砂漿在使用中被認為是碳吸收的，全生命周期更趨于碳中和。二是石灰砂漿或水硬性石灰砂漿的長壽命，使得在全生命周期內(nèi)平均每年的碳排放減少到最低程度。三是石灰或石膏的生產(chǎn)都是在較低溫度下形成，與水泥比較，可以節(jié)省更多的能量，因此減排量也比較多?？上?，我們在國內(nèi)對前兩種綠色材料的開發(fā)還沒有深入的進展。
高質(zhì)量、高效率、高性能或高功能和長壽命，是對這些散裝水泥全產(chǎn)業(yè)鏈中間產(chǎn)品綠色低碳發(fā)展的共同要求。
在深加工階段，所需能源都將不斷增加可再生能源的份量，并提高能源效率，節(jié)能減排主要是減少中間產(chǎn)品間接排放的比重。
在散裝水泥后續(xù)綠色產(chǎn)業(yè)深加工各個環(huán)節(jié)，一般沒有工藝過程的直接排放，但是存在間接能源的使用，間接排放還是要控制的，倡導(dǎo)使用綠色能源，節(jié)能減排，通過提高質(zhì)量、延長壽命、增加功能和提高效率等手段，實現(xiàn)間接減排、相對減排，也是潛力巨大的市場，大有文章可做。比如把質(zhì)量提高一倍、壽命提高一倍或效率提高一倍，在其它排放條件都相同的前提下，通過單位GDP或工業(yè)增加值的成倍提升，就可以減少碳排放50%以上。我們現(xiàn)在做的自主相對減排，就是在這樣的排放前提下計算出來的結(jié)果，盡管絕對排放量還是在逐年增長。2030年后，就要改變這種情況了；屆時將要實行真正的絕對減排，和發(fā)達國家一樣。
3.5散裝水泥綠色產(chǎn)業(yè)的主要終產(chǎn)品
散裝水泥經(jīng)過生產(chǎn)、運輸和深加工成半成品或部品部件，最后再輸送到建筑工地或交通基礎(chǔ)設(shè)施的施工現(xiàn)場，最后變成建筑房屋和交通基礎(chǔ)設(shè)施終產(chǎn)品。對于原料，我們希望盡可能少用天然礦物，盡可能利用二次資源（特別是各種活性固廢資源）；生產(chǎn)過程，我們希望通過綠色工廠，以最低的能量和資源消耗，生產(chǎn)出高質(zhì)量的水泥產(chǎn)品；然后通過綠色交通，綠色深加工產(chǎn)品，將散裝水泥再次輸送到建筑和交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工地，制造出零能耗綠色生態(tài)的被動式裝配建筑或長壽命的基礎(chǔ)設(shè)施。
在最終建筑產(chǎn)品的使用過程中，我們根據(jù)全產(chǎn)業(yè)鏈和全生命周期的綠色發(fā)展理念，強調(diào)被動式零能耗或產(chǎn)能房概念，使得散裝水泥最大的制成品建筑不但不消耗能量，還會生產(chǎn)綠色能源，將每個房子都變成為一個發(fā)電機，會極大地減輕散裝水泥全生命周期的環(huán)境負荷或減排壓力，即碳排放的足跡。有可能減輕碳捕獲或碳利用的壓力，這項發(fā)現(xiàn)是被動式超低能耗建筑在中國的發(fā)展過程中，由中國散協(xié)被動式裝配建筑委員會和中國被動式集成建筑材料產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟首先提出的創(chuàng)新型發(fā)展路徑。只有利用全生命周期的評價方法和發(fā)展理念，才能夠拓寬視野，有利于解決中國水泥工業(yè)在2060年之前實現(xiàn)碳中和的問題；也為世界水泥工業(yè)在2050年前實現(xiàn)碳中和與綠色發(fā)展貢獻中國的力量和智慧。
在交通基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域，我們將注重發(fā)展高性能（高功能）和長壽命基礎(chǔ)設(shè)施。同樣，可以和交通工具的綠色發(fā)展一樣，為實現(xiàn)碳中和及低碳發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展做出積極貢獻。
長壽命建筑和基礎(chǔ)設(shè)施，零能耗或產(chǎn)能房（第三代被動房或第四代被動式生態(tài)建筑），將會對散裝水泥全生命周期的節(jié)能減排和碳中和做出更大的貢獻；不但會對我國提出的到2030年繼續(xù)相對減排65%提供保障，也很有可能是碳儲存（CCS）或碳利用（CCU）的另外一種替代方式。這一部分份額，在歐盟水泥工業(yè)的碳中和路線圖里占到280kg；這是很大的一個比重，目前還是一個有待破解的難題。
3.6散裝水泥的再生和循環(huán)利用
散裝水泥做成建筑和基礎(chǔ)設(shè)施，我們希望千秋萬代，永遠不壞。實際上，我們前幾十年的建筑或基礎(chǔ)設(shè)施，一般只有幾十年的壽命?，F(xiàn)在提出來要搞百年建筑，甚至是千年建筑，就像古羅馬建筑一樣，至今已經(jīng)有2300多年了。如果還像過去那樣，搞幾十年壽命的建筑或基礎(chǔ)設(shè)施，如今都陸續(xù)變成建筑垃圾了，不可持續(xù)。因此，如何搞好這些建筑廢棄物的再生和循環(huán)利用，就是散裝水泥全生命周期里最后的一個大問題了。
對于低質(zhì)量的建筑和基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)生的海量垃圾，好在由于過去的混凝土配方和工藝原因，舊混凝土里面含有大量未水化的水泥和燒結(jié)紅磚，只要破碎和超細粉磨到一定的程度，比如50微米以下，或3800-5600cm2/g（國際水泥雜志，2020），就可以替代部分水泥，作為攪拌站的摻合料或送到水泥廠里，當(dāng)做水泥混合材，替代水泥或熟料可以高達30%以上。
建筑垃圾里面的骨料也可以作為再生骨料，砂子可以作為砂漿用砂，在許多地方已經(jīng)普遍利用多年了。5mm以下的細粉，也可以制作鋪路磚或筑路材料。總之，都可以循環(huán)再生和重復(fù)利用。如果摻入部分納米材料，性能甚至可以超過天然材料制造的產(chǎn)品。
這些再生材料的加工用能，都將逐步使用綠色能源，減少碳排放。使用可再生能源，將二次資源高效利用，既節(jié)約天然資源、保護環(huán)境，也大幅度減少了溫室氣體的排放。
資源循環(huán)利用，屬于提高資源利用效率的范疇，同時保護天然資源；加之微納米改性，提高質(zhì)量，延長產(chǎn)品壽命，減少單位生命周期內(nèi)的碳排放強度；同樣是節(jié)能減排的技術(shù)路線，減少的比例或數(shù)量，可以是若干個百分點，也可以是數(shù)倍不止；這里不做具體分析了。
3.7散裝水泥的輔助性膠凝材料
散裝水泥作為主要的膠凝材料，再加上輔助性膠凝材料，如粉煤灰、礦渣粉、燒粘土、火山灰材料、活化煤矸石、改性鋼渣和超細石灰石粉等，還有氣硬性膠凝材料石膏和石灰等，以及特種膠凝材料，如地聚物水泥和超級硫酸鹽水泥等綠色建材，組成了龐大的膠凝材料家族。這些材料，將發(fā)揮各自特長，優(yōu)勢互補，共同構(gòu)成節(jié)能減排、綠色發(fā)展、低碳發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展的科學(xué)發(fā)展理念和實踐。
各種具備活性的工業(yè)固廢，雖然稱作輔助性膠凝材料，但是從體量上看，非常巨大，幾乎是水泥數(shù)量的兩倍，每年產(chǎn)生量差不多有40多億噸。歷年積存量就更多了，沒有人統(tǒng)計或準(zhǔn)確估算過。僅以煤矸石為例，每個開采幾十年的老煤礦，據(jù)說都有十幾億噸的煤矸石在那里堆存著；等待我們開發(fā)利用。
開發(fā)和充分利用好這些二次資源，也是今后幾十年里，乃至上百年里，都是我國建材行業(yè)及其下游建筑和交通基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟、綠色發(fā)展、低碳發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展的一大歷史性使命。任重而道遠！
這些輔助性膠凝材料，多數(shù)都經(jīng)過了高溫加工，具有潛在活性，可以充分利用；沒有高溫加工的，也可以利用新技術(shù)和新裝備，進行低能耗高效率加工，使之具備足夠的活性，制造出較低成本和有競爭力的新的低碳產(chǎn)品。既節(jié)能，又環(huán)保，還減排，也低碳；一舉多得！
3.8散裝水泥與混凝土的輔助材料
混凝土的輔助性材料不同于輔助性膠凝材料，諸如砂石集料等，這些材料一般沒有膠凝性或活性，只是作為混凝土的填充骨料而已。從數(shù)量上看，更加龐大，估計每年都要消耗100多億噸，是輔助性膠凝材料的兩倍以上。
隨著建筑和交通基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)的逐步飽和，以及環(huán)保法規(guī)的逐步收緊，自然資源的消耗將逐步減少。散裝水泥的輔助材料將逐步從消耗自然資源向消納各種二次資源轉(zhuǎn)移。因此，二次資源的開發(fā)和利用，將是今后我國綠色建材資源的主要來源。
比如說巨量固廢煤矸石或粉煤灰，做成陶?；炷梁?，不但可以大大減輕預(yù)制構(gòu)件的重量，還可以增加預(yù)制建筑的結(jié)構(gòu)自保溫性能，使得裝配式建筑和被動式建筑的有效結(jié)合有了功能互補的物質(zhì)資源和技術(shù)契合的雙重基礎(chǔ)，也和節(jié)能減排、低碳發(fā)展結(jié)合起來了。堅定不移地發(fā)展以固廢資源為基礎(chǔ)的綠色建材、綠色建筑和綠色基礎(chǔ)設(shè)施，應(yīng)是我們散裝水泥全產(chǎn)業(yè)鏈綠色發(fā)展堅定不移的正確方向。
利用二次資源，采用綠色能源，發(fā)展散裝水泥綠色建材，建造零能耗被動式生態(tài)建筑，發(fā)展長壽命綠色交通基礎(chǔ)設(shè)施，等等；散裝水泥綠色全產(chǎn)業(yè)鏈、全生命周期的低碳發(fā)展，是我們整個產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一個完整系統(tǒng)，環(huán)環(huán)相扣，缺一不可，最終走向碳中和，零排放；天然資源零消耗、環(huán)境零污染！
4、若干關(guān)鍵技術(shù)的進展和案例
簡要說之，實現(xiàn)上述低碳發(fā)展和最終實現(xiàn)碳中和的目標(biāo)，關(guān)鍵技術(shù)有許多，這里只是討論一條重要的主線，就是納米材料科學(xué)技術(shù)。我們過去和目前，對于傳統(tǒng)的散裝水泥，材料的尺度還只是局限在微米的材料范圍，下一個階段要開始進入納米世界。一開始不會很快進入，要從微米世界進入微納米世界，也可以稱作是準(zhǔn)納米世界，然后逐步深入到納米材料科學(xué)的世界里。
下面簡要討論一下開發(fā)納米水泥、納米優(yōu)化混凝土和納米再生建材的意義和技術(shù)進展。
4.1納米水泥的技術(shù)進展
以瑞士理工凱倫教授為首的歐洲納米水泥研發(fā)團隊（Nanocem）成立于2004年，經(jīng)過16年的探索，現(xiàn)已發(fā)展成為一個由23個學(xué)術(shù)機構(gòu)和10個工業(yè)伙伴組成的聯(lián)合體。團隊中約有120名學(xué)術(shù)研究人員，他們正在管理相關(guān)領(lǐng)域約60個博士和博士后研究項目。該團隊的研發(fā)工作前10年主要是側(cè)重基礎(chǔ)理論研究；2015年后，逐步從理論轉(zhuǎn)向應(yīng)用開發(fā)，預(yù)計2021年將有重大的研發(fā)成果問世。
據(jù)我們所知，納米水泥的實驗室產(chǎn)品已經(jīng)出來，有些公司已經(jīng)將其轉(zhuǎn)化為商業(yè)產(chǎn)品，我們這次會議在分會場將有一個報告會，向大家報告以納米水泥為基礎(chǔ)而開發(fā)出的一系列新產(chǎn)品的性能。
納米水泥一旦大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，將對傳統(tǒng)水泥工業(yè)產(chǎn)生巨大的震撼。以其僅是傳統(tǒng)水泥1/10到1/20等效使用量，足可以將我們每年生產(chǎn)23億噸水泥的巨大產(chǎn)量縮減到只有1-2億噸納米水泥等效量就夠了。如果納米水泥從實驗室轉(zhuǎn)入工業(yè)化生產(chǎn)，應(yīng)該是顛覆性的技術(shù)。節(jié)能減排的效果也是不言而喻的，都是十倍和二十倍的絕對減排。對于到2050年全世界的碳中和目標(biāo)，或控制全球氣候變暖溫度在2℃以下的目標(biāo)，就會很容易地實現(xiàn)了。
4.2納米水泥優(yōu)化的混凝土技術(shù)進展
從行業(yè)發(fā)展和技術(shù)進步的節(jié)奏方面看，納米水泥不會一下子普及到千家萬戶。就如同微納米級別的硅灰材料一樣，起初也是在混凝土里添加十幾個百分點到幾個百分點來提高性能。納米水泥混凝土的改性，從國內(nèi)外目前的發(fā)展看，一開始也將是從微納米起步，逐步向準(zhǔn)納米和納米尺度靠近。
水泥行業(yè)或許從超細粉磨與分別粉磨的優(yōu)質(zhì)水泥開始，然后再逐步依次向微觀尺度深入；比如水泥混凝土中微納米水泥的添加量從10%，5%起步，再進一步向添加3%，1%，0.6%...的方向深入發(fā)展。這樣，傳統(tǒng)水泥的用量大大減少，而混凝土在提高性能的同時，其骨料的普遍顆粒級配也會同步縮小，水膠比也會變小，這是非常大的變化。
加入納米水泥改性之后，混凝土的性能會發(fā)生巨大改變；從普通混凝土，變成高性能混凝土。諸如抗壓、抗折、抗?jié)B、抗腐蝕、抗凍、抗碳化和耐久性等，都會發(fā)生革命性的變化。
納米改性的混凝土對節(jié)能減排的意義重大，比如將百年混凝土改性成千年混凝土。在一千年里，相較于百年的混凝土，節(jié)能減排的效果都是10倍因子；其顛覆性和革命性不言而喻。
4.3納米材料對再生建材的意義
前面討論過我國每年帶有活性或潛在活性的固廢產(chǎn)生量高達40多億噸，如果充分利用，可以節(jié)省海量的礦產(chǎn)資源，也可以改善環(huán)境，減少因使用天然資源而過度釋放的有毒有害氣體和溫室氣體，節(jié)能減排就更不用說了；因為這些固廢多數(shù)都經(jīng)過了高溫加工，該釋放的二氧化碳也釋放得差不多了。將其變廢為寶，有非常好的基礎(chǔ)。
然而，固廢畢竟是固廢，和天然原料比較，也有它不確定的一些方面，因此，為了保障質(zhì)量起見，還是要有額外的措施，才能確保萬無一失。
因此，納米水泥，還可以對這些廢棄物的衍生材料，起到提升質(zhì)量的作用。這些方面的成功案例，已經(jīng)在國內(nèi)外的研發(fā)和生產(chǎn)實踐中得到了廣泛的驗證。
隸屬于中國散協(xié)固廢綜合利用專業(yè)委員會的國際固廢工程技術(shù)研究院，開發(fā)出來的固廢系列產(chǎn)品，無論是在成本，還是在技術(shù)指標(biāo)上，都遠遠超過了使用天然資源制造的產(chǎn)品。
將納米膠凝材料，普遍用于固廢產(chǎn)品的性能提升和改良，對于發(fā)展再生建材
和綠建產(chǎn)業(yè)的意義重大。我們堅信，在這個領(lǐng)域的開發(fā)前景，十分廣闊。
5、結(jié)論
散裝水泥全生命周期的綠色發(fā)展與碳中和，關(guān)系到全球氣候變暖對人類的威脅，也是一個和散裝水泥全產(chǎn)業(yè)鏈自身可持續(xù)發(fā)展密切相關(guān)的大問題。
首先，散裝水泥利用各種固廢原料，減少天然資源的消耗，充分利用二次資源帶來的好處，化解資源枯竭形成的危機；不但解決環(huán)境污染問題，還可以節(jié)能減排、降低綠建成本和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟。其次是利用固廢資源，生產(chǎn)低碳水泥。在整個生產(chǎn)過程采用綠色技術(shù)，加之采用可再生的綠色能源，在今后40年里（2020-2060），將目前每噸水泥的碳排放從大約610kg（估算）二氧化碳，通過各種節(jié)能減排手段，逐步實現(xiàn)零排放、碳中和。再者，除了水泥原料及生產(chǎn)過程的節(jié)能減排、綠色生產(chǎn)和低碳生產(chǎn)外，在水泥出廠流通環(huán)節(jié)，包括深加工成混凝土及各種預(yù)制件或部品、部件后，再輸送到建筑和交通基礎(chǔ)設(shè)施的施工工地等流通環(huán)節(jié)，以及建筑和基礎(chǔ)設(shè)施廢棄后，形成建筑固廢，再作為再生建材的原料，回送到水泥或混凝土廠的各個流通環(huán)節(jié)和過程中，都需要采用可再生能源輸送工具和加工設(shè)備。倡導(dǎo)綠色流通和低碳流通的物流模式，貫穿散裝水泥全生命周期、全產(chǎn)業(yè)鏈的大流通。第四是混凝土和制品的制造環(huán)節(jié)，包括建筑預(yù)制構(gòu)件和部品、部件的預(yù)制。全過程逐步使用綠色能源，采用節(jié)能減排技術(shù)；生產(chǎn)出高質(zhì)量、多功能和長壽命的高性能混凝土、預(yù)制件和部品部件。第五是建筑和基礎(chǔ)設(shè)施最終的使用環(huán)節(jié)，通過發(fā)展生態(tài)、零能耗、被動式裝配建筑和長壽命基礎(chǔ)設(shè)施等路徑和手段，實現(xiàn)在原料和生產(chǎn)階段還無法完成的碳中和目標(biāo)。
最后，是建筑和交通基礎(chǔ)設(shè)施的廢棄和拆除，形成建筑固廢或建筑垃圾，為再生建材的循環(huán)利用提供二次原料。
總之，通過綠色原料、綠色制造、發(fā)展散裝水泥、借助新能源輸送散裝水泥、再將散裝水泥深加工成各種混凝土中間產(chǎn)品、最終形成裝配式零能耗被動式建筑和高質(zhì)量長壽命的交通基礎(chǔ)設(shè)施，散裝水泥綠色產(chǎn)業(yè)發(fā)展的全產(chǎn)業(yè)鏈、全過程、全生命周期，都借助綠色技術(shù)實現(xiàn)節(jié)能減排和低碳發(fā)展，最終全部實現(xiàn)散裝水泥綠色產(chǎn)業(yè)全生命周期和全產(chǎn)業(yè)鏈的碳中和。
編輯：李佳婷
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