一文看懂水泥工業(yè)碳減排技術(shù)路徑

自“3060雙碳”目標(biāo)提出以后，減碳已成為當(dāng)下全行業(yè)共識(shí)。水泥行業(yè)作為碳排放的大戶在碳達(dá)峰方面責(zé)任重大。

資料顯示，水泥行業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，全球范圍內(nèi)，水泥行業(yè)貢獻(xiàn)了碳排放總量的7%。而我國每年生產(chǎn)全球近六成的水泥，水泥行業(yè)碳排放量也將近全球水泥產(chǎn)業(yè)碳排放總量的一半。國內(nèi)水泥行業(yè)減排壓力嚴(yán)竣，任務(wù)艱巨。

值得慶幸的是，當(dāng)前業(yè)內(nèi)不少專家、企業(yè)等不斷研究碳減排、碳中和技術(shù)，為我國水泥行業(yè)的碳減排提供了有力的技術(shù)支持。

筆者就目前業(yè)內(nèi)普遍應(yīng)用的碳減排技術(shù)進(jìn)行了粗略整理：

1、使用替代燃料，降低化石燃料

水泥工業(yè)的碳排放主要來源于水泥熟料的生產(chǎn)過程。資料顯示，生產(chǎn)1t熟料需0.161～0.296t煤，煤燃燒會(huì)產(chǎn)生0.383～0.704tC0₂，加上生成熟料時(shí)碳酸鈣分解產(chǎn)生的C0₂，每生產(chǎn)1t水泥熟料會(huì)排放0.894～1.215tC0₂。

水泥生產(chǎn)過程中可以使用替代燃料來減少CO₂的排放，業(yè)內(nèi)人士表示，替代燃料是更優(yōu)先、更具成本效益的手段，到2050年可推動(dòng)行業(yè)約10%的碳減排。而廢棄物是更好的潛在碳減排資源。一方面有機(jī)廢棄物可作為燃料，另一方面固體廢棄物可代替熟料，減少石灰石的使用，從而進(jìn)一步減少生產(chǎn)過程中的碳排放。同時(shí)，廢棄物利用在我國有著政策利好、供應(yīng)量相對持續(xù)、垃圾分類狀況不斷改善三方面支撐。

2、碳捕獲、利用與封存技術(shù)CCUS

碳捕集、利用與封存（Carbon Capture, Utilization and Storage，簡稱CCUS），即把生產(chǎn)過程中排放的二氧化碳進(jìn)行提純，繼而投入到新的生產(chǎn)過程中進(jìn)行循環(huán)再利用或封存。長期以來，CCUS一直被認(rèn)為是減少化石能發(fā)電和工業(yè)過程中二氧化碳排放的關(guān)鍵技術(shù)。CCUS技術(shù)是CCS（Carbon Capture and Storage，碳捕獲與封存）技術(shù)新的發(fā)展趨勢, 與CCS相比，可以將二氧化碳資源化，能產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，更具有現(xiàn)實(shí)操作性。

2018年10月31日，由海螺建設(shè)的世界首條水泥窯煙氣二氧化碳捕集純化環(huán)保示范項(xiàng)目成功投運(yùn)，首開碳捕捉利用實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的先河。

3、新能源技術(shù)的應(yīng)用

利用廠區(qū)空地布局光伏發(fā)電、儲(chǔ)能等業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)電力自給。海螺水泥多個(gè)生產(chǎn)基地開展建設(shè)光伏項(xiàng)目，如分宜海螺、英德海螺等等，截至2020年裝機(jī)量130MW，累計(jì)發(fā)電量2.79億度。塔牌水泥擬投資13億元建設(shè)分布式光伏發(fā)電儲(chǔ)能一體化項(xiàng)目，裝機(jī)規(guī)模220MWp（兆瓦），建成后每年可減少約14.28萬噸CO₂排放。

4、優(yōu)化調(diào)整水泥產(chǎn)品原材料結(jié)構(gòu)，減少熟料用量

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)副理事長丁美榮曾表示，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，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。我國水泥中熟料系數(shù)為0.678, 若降到0.55，以出廠水泥計(jì)，碳排放可減少18%。

5、發(fā)展低碳膠凝材料

據(jù)了解，目前低碳膠凝材料主要有低鈣水泥、低熟料水泥和堿激發(fā)材料等。低鈣水泥體系主要有高貝利特硅酸鹽水泥、硫（鐵）鋁酸鹽水泥等。

其中，已有研究機(jī)構(gòu)表明以高貝利特硫鋁酸鹽水泥為基礎(chǔ)的低鈣水泥，具有和硅酸鹽水泥相近的性能，同時(shí)二氧化碳排放量降低25%左右。硫（鐵）鋁酸鹽水泥它的熟料燒成過程中自身碳酸鹽分解直接排放的CO₂要比硅酸鹽水泥約低40%，同等工藝條件下，燃料燃燒直接排放的CO₂要比硅酸鹽水泥約低30%，水泥CO₂減排約35%；堿激發(fā)材料是指不用或使用少量水泥熟料，主要由鋁質(zhì)或硅質(zhì)固體原料（如?；郀t礦渣、粉煤灰、火山灰、鋼渣等）和堿激發(fā)劑，按比例直接混合磨細(xì)而成的具有一定水硬性的膠凝材料。相比硅酸鹽水泥，堿激發(fā)材料的CO₂排放降低了約80%。

6、通過節(jié)能減排技術(shù)進(jìn)步和應(yīng)用推廣實(shí)現(xiàn)減排目標(biāo)

節(jié)能減排技術(shù)推進(jìn)和應(yīng)用推廣方面，水泥企業(yè)可以通過不斷提升改造生產(chǎn)線，提升能效實(shí)現(xiàn)減碳排放，其中包括高效粉磨技術(shù)推廣（輥壓機(jī)終粉磨技術(shù)），高效低阻旋風(fēng)預(yù)熱器、高能效分解爐及第四代冷卻機(jī)技術(shù)裝備的使用等等。相關(guān)研究結(jié)果顯示，該路徑從每噸熟料熱耗、電耗方面，可幫助水泥行業(yè)降低約20%的碳排放。

碳達(dá)峰和碳中和是一場世界級(jí)的綠色革命洪流，對水泥行業(yè)而言，是實(shí)現(xiàn)綠色低碳可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。在要求提前碳達(dá)峰，實(shí)現(xiàn)碳中和的過程中，水泥行業(yè)要堅(jiān)持以碳減排和降污染為重點(diǎn)，發(fā)揮技術(shù)性減碳的優(yōu)勢，不斷創(chuàng)新研發(fā)低碳技術(shù)、產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)水泥行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。