水泥行業(yè)碳排放現(xiàn)狀如何？專(zhuān)家預(yù)計(jì)兩年內(nèi)或?qū)?shí)現(xiàn)碳達(dá)峰

轉(zhuǎn)載來(lái)源：中國(guó)混凝土網(wǎng)  作者：丁美榮（湖南省工信廳原材料處二級(jí)調(diào)研員、湖南省硅酸鹽學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)）

核心提示：2020年，我國(guó)水泥產(chǎn)量23.77億噸，約占全球水泥總產(chǎn)量55%，排放CO2約14.66億噸，約占全國(guó)碳排放總量14.3%。噸水泥、噸水泥熟料CO2排放量分別約為616.6kg、865.8kg。水泥行業(yè)面臨的減排壓力非常嚴(yán)峻，任務(wù)非常艱巨。水泥等行業(yè)即將納入全國(guó)碳排放權(quán)交易，將對(duì)我國(guó)水泥工業(yè)及其運(yùn)行產(chǎn)生重大而深遠(yuǎn)影響。

2020年，我國(guó)水泥產(chǎn)量23.77億噸，約占全球水泥總產(chǎn)量55%，排放CO2約14.66億噸，約占全國(guó)碳排放總量14.3%。噸水泥、噸水泥熟料CO2排放量分別約為616.6kg、865.8kg。水泥行業(yè)面臨的減排壓力非常嚴(yán)峻，任務(wù)非常艱巨。水泥等行業(yè)即將納入全國(guó)碳排放權(quán)交易，將對(duì)我國(guó)水泥工業(yè)及其運(yùn)行產(chǎn)生重大而深遠(yuǎn)影響。

目前我國(guó)水泥企業(yè)全部采用了新型干法生產(chǎn)技術(shù)，整體處于國(guó)際先進(jìn)水平。分析單位水泥碳排放的構(gòu)成與減排潛力，生產(chǎn)1噸水泥過(guò)程中，其中生料煅燒石灰石分解CO2約376.7kg，熟料耗煤排放CO2約193kg，綜合耗電（扣除余熱發(fā)電）折算碳排放約46.9kg。水泥是由水泥熟料摻加礦渣、粉煤灰、石灰石等混合材與少量石膏混合粉磨制成，熟料生產(chǎn)過(guò)程中碳排放約占水泥碳排放的92%左右（大量文獻(xiàn)誤引用為60%至75%）。

根據(jù)行業(yè)現(xiàn)狀分析，水泥行業(yè)通過(guò)現(xiàn)有節(jié)能及替代石灰石原料技術(shù)（因耗量巨大且替代資源很有限）減碳空間有限。未來(lái)5年關(guān)鍵窗口期， 單位水泥碳排放平均降幅要達(dá)到5%，須付出巨大努力。2030年至2035年難以實(shí)現(xiàn)相關(guān)國(guó)際機(jī)構(gòu)擬定的噸水泥520kgCO2至524kgCO2目標(biāo)，至于水泥工業(yè)實(shí)現(xiàn)碳中和與CSI等擬定的單位水泥減碳40%的目標(biāo)，則需要顛覆性技術(shù)出現(xiàn)。

由于水泥產(chǎn)品及生產(chǎn)原料、工藝特點(diǎn)和巨大的消耗量，碳減排的難度極大，時(shí)間與任務(wù)非常緊迫。業(yè)內(nèi)探討通過(guò)節(jié)能技術(shù)減碳的文獻(xiàn)、綜述較多。本文結(jié)合水泥及混凝土工業(yè)發(fā)展方向和我國(guó)國(guó)情，探討并總結(jié)提岀了水泥行業(yè)重點(diǎn)減排路徑是：科學(xué)高效利用水泥，調(diào)整水泥產(chǎn)品結(jié)構(gòu)；加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，完善生產(chǎn)者、消費(fèi)者碳排放責(zé)任核算方法和各類(lèi)責(zé)任分?jǐn)偡ǖ日摺?/span>

國(guó)際能源署(IEA)和世界可持續(xù)發(fā)展工商理事會(huì)下屬的水泥可持續(xù)性發(fā)展倡議組織(CSI)提出了水泥發(fā)展最重要的方向是由生產(chǎn)普通波特蘭水泥轉(zhuǎn)向生產(chǎn)混合水泥，用混合材料替代部分熟料。目前C30及高性能混凝土中水泥熟料系數(shù)在0.5以下。為降低單位水泥碳排放，提高建筑物質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益，重點(diǎn)推廣低熟料用量的商品混凝土專(zhuān)用混合水泥和較高C2S、適中C3S、低C3A熟料制備的通用水泥。筆者認(rèn)為，按照上述減排路徑及配套制定有關(guān)政策，其減排效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)節(jié)能技術(shù)及挖潛措施。

>>>科學(xué)高效利用水泥，通過(guò)法規(guī)推進(jìn)減少高碳產(chǎn)品消費(fèi)量

國(guó)家已提出限制粗綱產(chǎn)量，預(yù)計(jì)政府將出臺(tái)限制（削減）水泥熟料量或高碳產(chǎn)品受讓碳指標(biāo)的措施。如中國(guó)水泥協(xié)會(huì)執(zhí)行會(huì)長(zhǎng)孔祥忠預(yù)測(cè)：“企業(yè)不要樂(lè)觀地認(rèn)為可以通過(guò)購(gòu)買(mǎi)碳指標(biāo)增加產(chǎn)量，未來(lái)可供交易的指標(biāo)有限，碳價(jià)格可能會(huì)超過(guò)水泥價(jià)格。對(duì)于產(chǎn)能?chē)?yán)重過(guò)剩的水泥行業(yè)，要么減產(chǎn)，要么改造，要么退出，這是大趨勢(shì)?！?/span>

比爾蓋茨曾表示，中國(guó)3年的水泥用量超過(guò)美國(guó)百年用量，而美國(guó)也建了胡佛大壩、大橋、高速公路等大工程。我國(guó)人口眾多，近十幾年來(lái)，我國(guó)人均年水泥消費(fèi)量約達(dá)1.67噸，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)歐洲和美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家與地區(qū)高速發(fā)展時(shí)期人均年耗0.70噸左右的水平。由此也可分析預(yù)測(cè)，我國(guó)未來(lái)人均水泥需求量會(huì)有很大幅度下降。

造成我國(guó)水泥消費(fèi)量過(guò)高的主要原因是，浪費(fèi)與過(guò)度消費(fèi)，使用水泥不科學(xué)；規(guī)劃及長(zhǎng)遠(yuǎn)觀念淡薄、住房及公路等工程設(shè)計(jì)與實(shí)際壽命短（一些地方20世紀(jì)80年代以前的住房基本要拆除重建，農(nóng)村住房十幾年即拆除重建，公路等設(shè)施翻建及維修量大），以及機(jī)制體制與傳統(tǒng)習(xí)慣勢(shì)力等問(wèn)題。

我國(guó)房屋及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、固定資產(chǎn)投資、終端能源消費(fèi)等所承擔(dān)的碳排放責(zé)任超過(guò)總量的80%?？茖W(xué)合理的碳排放責(zé)任評(píng)價(jià)方法輔以針對(duì)性的減碳政策，可以建立正確的價(jià)值導(dǎo)向，有效促進(jìn)各方采取減碳行動(dòng)，同時(shí)也有利于各利益相關(guān)方接受并承擔(dān)自身相應(yīng)的減排義務(wù)。因此，高效科學(xué)應(yīng)用水泥與制定有關(guān)法規(guī)推動(dòng)，建筑領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)大幅度減少碳排放總量的潛力很大，并將有力提高水泥等行業(yè)碳減排總量。

建議加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，盡快制定與完善建筑工程應(yīng)用主體（消費(fèi)側(cè)）碳排放責(zé)任核算與控制方法等政策， 并按行業(yè)及產(chǎn)品制定實(shí)施細(xì)則。以強(qiáng)化消費(fèi)者對(duì)其消費(fèi)行為負(fù)責(zé)，其減碳行動(dòng)主要是調(diào)整消費(fèi)結(jié)構(gòu)， 減少高碳產(chǎn)品的消費(fèi)量，避免過(guò)度消費(fèi)與浪費(fèi)。此外，還需要通過(guò)優(yōu)化、細(xì)化工程管理，強(qiáng)化控制與責(zé)任，促使水泥熟料用量下降。

發(fā)展低碳建筑與推廣高性能砼、大摻量應(yīng)用混合材三者方向一致、相輔相成。為科學(xué)合理高效應(yīng)用水泥，減少單位投資（建、構(gòu)筑物面積）水泥熟料使用量，提高水泥產(chǎn)品使用效率，應(yīng)加快修訂工程設(shè)計(jì)、施工、應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等，提升低碳建筑標(biāo)準(zhǔn)及加大推廣應(yīng)用少熟料膠凝材料的力度，并制定配套政策措施。

>>>適應(yīng)現(xiàn)代混凝土技術(shù)與低碳要求，調(diào)整水泥產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

兩年內(nèi)，一旦國(guó)家給水泥企業(yè)規(guī)定了碳排放配額，即鎖定了水泥行業(yè)排放總量，各企業(yè)在碳排放指標(biāo)的約束下，如何運(yùn)作碳資產(chǎn)與用好碳配額，如何提高單位產(chǎn)品效益與降低碳排放，是水泥企業(yè)急需思考的問(wèn)題。

應(yīng)對(duì)思路與措施概括如下：推廣低熟料用量的商品混凝土、農(nóng)村建房現(xiàn)場(chǎng)拌制砼和砂漿專(zhuān)用混合水泥，開(kāi)發(fā)推廣較高C2S、適中C3S、低C3A礦物組成的熟料及其制備的通用水泥，盡可能滿(mǎn)足低水膠比、長(zhǎng)齡期強(qiáng)度高和低水化熱等要求，以改善砼開(kāi)裂與耐久性，提高建筑物壽命，又有利于碳減排；轉(zhuǎn)變觀念，以推行團(tuán)標(biāo)及領(lǐng)跑者企標(biāo)作為切入口，提高產(chǎn)品適用性， 擴(kuò)大差異化產(chǎn)品市場(chǎng)。

以上方案措施也是碳減排關(guān)鍵路徑之一，也可以說(shuō)是今后通用水泥產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整方向與指導(dǎo)思想。

減少熟料用量與用混合材替代部分熟料是水泥混凝土工業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，也是提高建筑物壽命和水泥混凝土工業(yè)健康及低碳發(fā)展的必然選擇。水泥是半成品，只能用于配制混凝土。清華大學(xué)教授閻培渝在《對(duì)中國(guó)水泥產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整的一點(diǎn)看法》中指出：“大多數(shù)歐洲國(guó)家預(yù)拌混凝土強(qiáng)度等級(jí)大多在C15至C35 之間。有關(guān)企業(yè)管理者對(duì)國(guó)際水泥標(biāo)準(zhǔn)與水泥使用及混凝土行業(yè)了解非常有限?，F(xiàn)在對(duì)混凝土性能要求很高， 要求漿體含量高，用水量較低，目前國(guó)內(nèi)使用量最大的C30混凝土中水泥熟料用量?jī)H為150kg/m3左右，熟料系數(shù)在0.5以下，不同強(qiáng)度的水泥很容易通過(guò)調(diào)整砼配比來(lái)制備不同標(biāo)號(hào)的砼。”目前國(guó)內(nèi)砼早期開(kāi)裂、強(qiáng)度倒縮等導(dǎo)致耐久性差的問(wèn)題造成經(jīng)濟(jì)損失，增加碳排放。其主要原因之一恰恰是與更多地使用普通水泥等早強(qiáng)高強(qiáng)水泥有關(guān)，也是導(dǎo)致砼工程質(zhì)量問(wèn)題、糾紛的主要因素。清華大學(xué)教授廉慧珍極力主張摻合料由水泥廠摻加，以有利于工程質(zhì)量，攪拌站摻加摻和料有很多弊端。

 

我國(guó)水泥中熟料系數(shù)為0.678， 若降到0.55，以出廠水泥計(jì)，碳排放可減少18%，有利于水泥企業(yè)合理利用碳配額資源。

 

>>>水泥工業(yè)碳排放現(xiàn)狀、核算與碳達(dá)峰時(shí)間預(yù)測(cè)

 

噸水泥、噸水泥熟料CO2排放量的核算。有關(guān)參數(shù)與取值：標(biāo)準(zhǔn)煤排放因子2.66，電力消耗排放因子0.853；煅燒1噸石灰石排放CO2為440kg（排放因子0.44）；生料中石灰石配比82%，生熟料折算系數(shù)1.54；國(guó)內(nèi)噸熟料耗標(biāo)煤平均值取107kg，干法線配有余熱發(fā)電裝置，噸熟料綜合電耗（扣除余熱發(fā)電）平均值取30kWh，噸水泥綜合電耗（扣除余熱發(fā)電）平均值取55kWh。

 

 

 

2020年，我國(guó)水泥中熟料用量平均占比=熟料消耗/水泥產(chǎn)量=（15.79+進(jìn)口熟料0.33）/23.77=0.678

生產(chǎn)1噸熟料CO2排放量：

 

1000×0.82×1.54×0.44+107×2.66+30×0.853=865.8kg

 

生產(chǎn)1噸水泥CO2排放量：

 

1000×0.82×1.54×0.678×0.44+107×2.66×0.678+55×0.853=616.6kg

 

2020年，我國(guó)水泥行業(yè)CO2排放總量約23.77×0.6166=14.66億噸，其中湖南水泥產(chǎn)量1.103億噸，CO2排放1.103×0.6166=6800萬(wàn)噸。

 

水泥工業(yè)碳達(dá)峰時(shí)間與消費(fèi)總量預(yù)測(cè)。2020年，中國(guó)水泥產(chǎn)量23.77億噸。從2011年至2019年，年產(chǎn)量分別為20.6、21.8、24.1、24.76、23.5、24.03、23.2、21.77、23.3億噸，年水泥消費(fèi)量均超過(guò)20億噸。

 

歐洲和美國(guó)、日本、韓國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家與地區(qū)水泥消費(fèi)高位平臺(tái)期是七八年，幾乎是相同規(guī)律，拐點(diǎn)之后總需求呈現(xiàn)大幅度下降。目前發(fā)達(dá)國(guó)家水泥產(chǎn)銷(xiāo)量約為高峰期的一半， 甚至僅略超過(guò)高峰期消費(fèi)量的三分之一。2020年，我國(guó)熟料產(chǎn)量15.79億噸，進(jìn)口熟料3337萬(wàn)噸，熟料消費(fèi)總量超過(guò)16億噸，創(chuàng)下歷史新高。

 

筆者綜合分析認(rèn)為，從2011年起，我國(guó)水泥消費(fèi)總需求處于高位平臺(tái)期已達(dá)10年，預(yù)計(jì)將很快步入平臺(tái)期末端，從2022年開(kāi)始，我國(guó)水泥產(chǎn)銷(xiāo)量及熟料消耗量將步入下降通道，3年后可能會(huì)有較大幅度下降。若下降到發(fā)達(dá)國(guó)家高峰時(shí)期人均年消費(fèi)0.70噸的水平，我國(guó)水泥產(chǎn)銷(xiāo)量約為10億噸。

 

筆者預(yù)測(cè)，我國(guó)水泥工業(yè)碳達(dá)峰將在兩年內(nèi)實(shí)現(xiàn)。