[專題]水泥行業(yè)碳排放現(xiàn)狀與碳中和實(shí)施路徑分析

一、為何要碳達(dá)峰碳中和？

1、碳減排議題由來(lái)已久 中國(guó)最新承諾引爆市場(chǎng)

1988年是有史以來(lái)最熱的一年，美國(guó)科學(xué)家詹姆斯·漢森就全球變暖發(fā)出警告。1992年《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》制定，目標(biāo)將大氣中溫室氣體濃度穩(wěn)定在不對(duì)氣候系統(tǒng)造成危害的水平，中國(guó)是締約國(guó)之一。

1997年于日本京都召開的聯(lián)合國(guó)氣候化綱要公約第三次締約國(guó)大會(huì)中所通過的《京都議定書 》明確針對(duì)六種溫室氣體進(jìn)行削減，包括：二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亞氮（N2O）、氫氟碳化物（HFCs）、全氟碳化物 （PFCs）及六氟化硫（SF6），2005年正式生效。2007年6月我國(guó)發(fā)改委出臺(tái)《中國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變化國(guó)家方案》，12月印發(fā)《節(jié)能減排綜合性工作方案》。2009年哥本哈根大會(huì)召開，主要發(fā)達(dá)國(guó)家提出減排目標(biāo)。2014年，中美元首發(fā)表氣候變化聯(lián)合聲明。同年11月，國(guó)家發(fā)改委公布了《國(guó)家應(yīng)對(duì)氣候變化規(guī)劃（2014-2020年）》，主要目標(biāo)2020年單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40%-45%，非化石能源占一次能源消費(fèi)的比重到15%左右，森林面積和蓄積量分別比2005年增加4000萬(wàn)公頃和13億立方米。以上目標(biāo)均已提前完成。

2015年12月12日，《巴黎協(xié)定》在第21屆聯(lián)合國(guó)氣候變化大會(huì)（巴黎氣候大會(huì)）上通過，隨后2016年4月22日175個(gè)國(guó)家和地區(qū)簽署，并決定在3年內(nèi)完成工作方案?！栋屠鑵f(xié)定》的主要目標(biāo)之一，是把全球平均氣溫升幅控制在工業(yè)化前水平的2℃內(nèi)，并努力將氣溫升幅限制在工業(yè)化前水平1.5℃之內(nèi)?！栋屠鑵f(xié)定》后，有關(guān)氣候變化的談判一直在進(jìn)展，關(guān)乎全人類的命運(yùn)，各方在協(xié)作上面臨很多挑戰(zhàn)。巴黎大會(huì)上，中國(guó)在“國(guó)家自主貢獻(xiàn)”中提出將于2030年左右使二氧化碳排放達(dá)到峰值并爭(zhēng)取盡早實(shí)現(xiàn)，2030年單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降60%－65%，非化石能源占一次能源消費(fèi)比重達(dá)到20%左右，森林蓄積量比2005年增加45億立方米左右。

2020年9月，國(guó)家主席習(xí)近平在聯(lián)合國(guó)大會(huì)上提出中國(guó)將提高國(guó)家自主貢獻(xiàn)力度，宣布中國(guó)力爭(zhēng)于2030年前碳排放達(dá)峰，并于2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和，另外非化石能源占一次能源消費(fèi)比重、森林蓄積量等目標(biāo)也較2015年承諾目標(biāo)有所提高。同年12月12日，在由聯(lián)合國(guó)、英國(guó)和法國(guó)共同主辦的“氣候雄心峰會(huì)”上，中國(guó)國(guó)家主席習(xí)近平通過視頻講話宣布了中國(guó)最新的2030年氣候目標(biāo)，這是三個(gè)月內(nèi)中國(guó)第二次提升氣候行動(dòng)承諾，在國(guó)際上引起廣泛影響，并得到法國(guó)等歐洲國(guó)家的贊許。

碳達(dá)峰是指在2030年前，二氧化碳的排放不再增長(zhǎng)，達(dá)到峰值之后逐步降低，碳中和是指企業(yè)、團(tuán)體或個(gè)人測(cè)算在一定時(shí)間內(nèi)直接或間接產(chǎn)生的溫室氣體排放總量，通過植物造樹造林、節(jié)能減排等形式，抵消自身產(chǎn)生的二氧化碳排放量，實(shí)現(xiàn)二氧化碳“零排放”。

表1：中國(guó)承諾的碳達(dá)峰目標(biāo)

資料來(lái)源：公開信息

其后，隨著各項(xiàng)政策出臺(tái)，碳達(dá)峰、碳中和話題在全社會(huì)不斷發(fā)酵。“十四五規(guī)劃”中，提出制定2030年前碳排放達(dá)峰行動(dòng)方案，這是碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)首次被寫入五年發(fā)展規(guī)劃。2020年12月，中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議將“做好碳達(dá)峰、碳中和工作”作為2021年八大重點(diǎn)任務(wù)之一。2021年1月，生態(tài)環(huán)境部表示要加快推進(jìn)全國(guó)碳交易市場(chǎng)建設(shè)，編制《國(guó)家適應(yīng)氣候變化戰(zhàn)略2035》。

2、中國(guó)碳市場(chǎng)建設(shè)進(jìn)程

為了在2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)，中國(guó)面臨的挑戰(zhàn)頗多，其中碳市場(chǎng)的建立至關(guān)重要。2011年，北京、天津、上海、廣東、武漢等省市被列為碳排放試點(diǎn)地區(qū)，我國(guó)碳交易正式啟動(dòng)。2017年12月，宣布啟動(dòng)全國(guó)碳排放權(quán)交易市場(chǎng)（全國(guó)碳市場(chǎng)）的建設(shè)，初期的交易主體為發(fā)電行業(yè)重點(diǎn)排放單位（年度排放達(dá)到2.6萬(wàn)噸二氧化碳當(dāng)量及以上，相當(dāng)于綜合能源消費(fèi)量約1萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤及以上）。

碳交易立法及有關(guān)配套制度文件的出臺(tái)是碳市場(chǎng)有序運(yùn)行的必要條件。正式承諾減排目標(biāo)后，2020年11月，政府密集頒布了三項(xiàng)關(guān)于全國(guó)碳市場(chǎng)建設(shè)的部門規(guī)章草案。11月5日，生態(tài)環(huán)境部發(fā)布了《全國(guó)碳排放權(quán)交易管理辦法（試行）》（征求意見稿）和《全國(guó)碳排放權(quán)登記交易結(jié)算管理辦法（試行）》（征求意見稿），首次在制度層面明確了全國(guó)碳排放權(quán)登記、交易、結(jié)算等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的負(fù)責(zé)機(jī)構(gòu)、管理細(xì)則和監(jiān)管框架，為保障全國(guó)碳市場(chǎng)順暢、規(guī)范和穩(wěn)定運(yùn)行提供了重要的技術(shù)支撐。排放配額分配初期以免費(fèi)分配為主，適時(shí)引入有償分配，并逐步提高有償分配的比例。2021年6月全國(guó)碳排放權(quán)交易系統(tǒng)驗(yàn)收通過，預(yù)計(jì)月底將正式啟動(dòng)線上交易?！?019-2020年全國(guó)碳排放權(quán)交易配額總量設(shè)定與分配方案（發(fā)電行業(yè)）》（征求意見稿），首次明確公布了2267家納入配額管理的重點(diǎn)排放單位名單，相比2017年底提出的1700多家增加了約500家，實(shí)現(xiàn)了對(duì)發(fā)電行業(yè)重點(diǎn)排放單位的全覆蓋，其排放量約占中國(guó)碳排放總量的三分之一。

目前，我國(guó)處于全國(guó)碳市場(chǎng)建設(shè)的初級(jí)階段，初期可能主要工作集中在碳排放數(shù)據(jù)報(bào)送系統(tǒng)的建設(shè)、碳交易配額管理制度的建設(shè)、碳排放數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)和核查等方面。等到電力行業(yè)的碳交易發(fā)展成熟，再考慮納入下一個(gè)行業(yè)，水泥作為碳排放大戶大概率會(huì)在“十四五”期間納入碳交易市場(chǎng)。

3、碳市場(chǎng)運(yùn)行機(jī)制

碳排放交易制度建立后，每個(gè)水泥將有一定配額的碳排放權(quán)，如果企業(yè)實(shí)際排放水平低于配額水平，富余的碳配額可用于市場(chǎng)出售。這是一個(gè)總體的運(yùn)行機(jī)制，但在實(shí)際運(yùn)行中的不同階段或許會(huì)有不同的方式。我們參考?xì)W洲碳排放交易體系（EU-ETS），目前是世界上最大的碳交易市場(chǎng)，2005年開始啟動(dòng)，經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展階段，2005-2012年為起步階段，以免費(fèi)配額為主（90%以上），分配排放總量也較為寬裕。2013-2030年為調(diào)整和成熟階段，以配額的拍賣為主。前兩個(gè)階段碳配額無(wú)法跨期轉(zhuǎn)存，從第三個(gè)階段開始，可跨期存儲(chǔ)。

圖1：歐洲碳排放交易體系逐漸發(fā)展成熟

二、水泥行業(yè)碳排放現(xiàn)狀及3060目標(biāo)

1、水泥行業(yè)碳排放量占全國(guó)排放總量10%左右

根據(jù)中國(guó)建筑材料聯(lián)合會(huì)的《建筑材料工業(yè)二氧化碳排放 <https://daqi.bjx.com.cn/zt.asp?topic=%cc%bc%c5%c5%b7%c5>核算方法》，二氧化碳排放分為燃料燃燒過程排放和工業(yè)生產(chǎn)過程（工業(yè)生產(chǎn)過程中碳酸鹽原料分解）排放兩部分。水泥生產(chǎn)過程中的碳排放主要集中在熟料生產(chǎn)程序中，主要是來(lái)自石灰石的分解和化石燃料的燃燒。根據(jù)行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，一噸熟料的碳排放量估測(cè)在840-860kg左右。筆者測(cè)算，生產(chǎn)一噸水泥的碳排放量約在634kg左右，2020年我國(guó)水泥產(chǎn)量23.77億噸，排放CO2約15億噸，占全國(guó)碳排放總量的10%左右。根據(jù)測(cè)算，來(lái)自燃料燃燒和熟料生產(chǎn)過程中的碳排放占比可以達(dá)到90%以上。

表2：噸水泥碳排放量測(cè)算

數(shù)據(jù)來(lái)源：水泥大數(shù)據(jù)研究院

2、2023年左右達(dá)峰 2050-2060年中和

《巴黎協(xié)定》要求水泥行業(yè)的單位排放量要降至520-540kg之間，和這一目標(biāo)相比，我國(guó)水泥行業(yè)的碳排放量還偏高，單位排放量仍需降低10-13%才能達(dá)到國(guó)際要求水平。

歐洲水泥協(xié)會(huì)的目標(biāo)是到2050年實(shí)現(xiàn)中和，需要一個(gè)中期目標(biāo)。歐洲水泥協(xié)會(huì)希望與《巴黎協(xié)定》的設(shè)想相一致，即在2030年前將二氧化碳總排放量減少30%，并在產(chǎn)業(yè)鏈減少40%，以實(shí)現(xiàn)到2030年比1990年二氧化碳噸排放量從783kg下降至472kg的目標(biāo)。

圖1、2：歐洲水泥協(xié)會(huì)碳減排目標(biāo)

中國(guó)來(lái)看，今年1月中國(guó)建材聯(lián)合會(huì)發(fā)布的《推進(jìn)建筑材料行業(yè)碳達(dá)峰、碳中和行動(dòng)倡議書》中提出我國(guó)建筑材料行業(yè)要在2025年前全面實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，水泥等行業(yè)要在2023年前率先實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰。今年5月，國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)管總局、工信部、發(fā)改委、生態(tài)環(huán)境部等七部委聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于提升水泥產(chǎn)品質(zhì)量規(guī)范水泥市場(chǎng)秩序的意見》中提到確保2030年前水泥行業(yè)碳排放實(shí)現(xiàn)達(dá)峰，為實(shí)現(xiàn)碳中和奠定基礎(chǔ)，這是水泥行業(yè)政策中首次提出碳達(dá)峰目標(biāo)。但國(guó)家層面對(duì)于水泥行業(yè)具體的碳達(dá)峰、碳中和路線尚未出臺(tái)。

三、水泥行業(yè)如何應(yīng)對(duì)？

水泥行業(yè)是最重要的建筑原材料之一，也是典型的資源密集型行業(yè)。作為世界最大的水泥生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)，提前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、達(dá)成碳中和是現(xiàn)在行業(yè)不可推卸的歷史使命。90%以上碳排放來(lái)自化石燃料燃燒和生產(chǎn)過程的水泥行業(yè)來(lái)說(shuō)，無(wú)論是碳達(dá)峰還是碳中和，都是艱巨的任務(wù)。對(duì)水泥企業(yè)來(lái)說(shuō)，面對(duì)碳達(dá)峰、碳中和的挑戰(zhàn)，要從技術(shù)和管理兩個(gè)層面著手來(lái)應(yīng)對(duì)。

1、技術(shù)性碳減排工作

（1）產(chǎn)需下降，天然降低排放總量

碳排放總量=產(chǎn)量*單位排放量，要降低碳排放量有兩條路徑，一降低產(chǎn)量，二降低單位排放量，其中單位排放量的降低涉及到生產(chǎn)工藝、設(shè)備改造、替代燃料等技術(shù)層面因素，存在一定的極限，產(chǎn)量的控制則更為迅速。

（2）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(wàn)噸CO2排放。

（3）燃料--提高替代燃料的比例

歐洲水泥協(xié)會(huì)：2030年替代燃料比例達(dá)到60%，其中30%為生物質(zhì)，2050年替代燃料比例達(dá)到90%，其中50%為生物質(zhì)垃圾。目前中國(guó)水泥行業(yè)燃料替代率還很低，據(jù)業(yè)內(nèi)人士介紹不到5%，還有很大的發(fā)展空間。

（4）尋求技術(shù)突破--使用低碳原材料、低鈣水泥的研發(fā)，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，適宜進(jìn)行商業(yè)化推廣。技術(shù)突破

（5）碳捕獲、利用與封存技術(shù)CCUS--兜底技術(shù)

CCUS分為碳捕集技術(shù)、碳利用和封存技術(shù)，碳捕集的方法主要有燃燒前捕集、富氧燃燒和燃燒后補(bǔ)集三種。燃燒前捕集和富氧燃燒要求條件相對(duì)苛刻，目前的技術(shù)研究開發(fā)和示范項(xiàng)目較少。燃燒后補(bǔ)集技術(shù)是當(dāng)前較為成熟和廣泛的應(yīng)用。

圖3：不同方法碳捕集技術(shù)路線圖

資料來(lái)源：《全球CCUS技術(shù)和應(yīng)用現(xiàn)狀分析》

目前碳利用和封存最主流的方向是地下封存、驅(qū)油和食品級(jí)利用。也有一些新興的方向，如荷蘭、日本將工業(yè)CO2送至園林，作為溫室氣體來(lái)強(qiáng)化植物生長(zhǎng)。碳封存目前最主要的技術(shù)有高壓液化注入海底和地質(zhì)封存兩種。二氧化碳驅(qū)油技術(shù)最早應(yīng)用于低滲透油藏開發(fā)，由于在驅(qū)油增產(chǎn)的同時(shí)可實(shí)現(xiàn)CO2埋藏與封存，成為目前經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下一種有效的溫室氣體減排路徑。二氧化碳驅(qū)油與封存技術(shù)已在北美實(shí)現(xiàn)商業(yè)化、規(guī)模化應(yīng)用，我國(guó)部分石油企業(yè)也已建成示范工程并逐步開展推廣應(yīng)用。

圖4：碳利用和封存技術(shù)圖

資料來(lái)源：《全球CCUS技術(shù)和應(yīng)用現(xiàn)狀分析》

截至今年6月，歐美已經(jīng)啟動(dòng)了55個(gè)項(xiàng)目超前研究CCUS，其中有三個(gè)與水泥行業(yè)相關(guān)，除此之外更多的項(xiàng)目涉及到能源、化工、煉鋼、發(fā)電等行業(yè)，參與的企業(yè)中也以能源、電力企業(yè)居多。碳中和是一場(chǎng)深刻的能源革命，水泥行業(yè)若想實(shí)現(xiàn)碳中和，應(yīng)不拘一格關(guān)注和應(yīng)用各行各業(yè)的技術(shù)動(dòng)向，尤其是交差技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，探索出一條適合水泥工業(yè)的低碳之路。

表3：歐美碳減排關(guān)鍵技術(shù)（水泥行業(yè)相關(guān)）

數(shù)據(jù)來(lái)源：水泥大數(shù)據(jù)研究院

2、碳資產(chǎn)管理

參考?xì)W洲碳市場(chǎng)的發(fā)展情況，在前期的階段，主要是以免費(fèi)配額為主，配額總量在每一個(gè)階段都有所下降，即便是進(jìn)入成熟階段，仍然對(duì)碳泄露風(fēng)險(xiǎn)高的行業(yè)和企業(yè)實(shí)行免費(fèi)分配。從前期到成熟經(jīng)歷了十幾年的發(fā)展時(shí)間?？紤]到我國(guó)在全國(guó)性的市場(chǎng)建立之前，已經(jīng)在多個(gè)地區(qū)進(jìn)行了多年的區(qū)域試點(diǎn)，我國(guó)的全國(guó)性碳交易市場(chǎng)的發(fā)展成熟時(shí)間可能會(huì)縮短至5-10年的水平。對(duì)于高碳排放企業(yè)而言，將碳資產(chǎn)管理提升日程迫在眉睫。建議水泥企業(yè)要設(shè)立專門的碳資產(chǎn)管理部門，不僅要協(xié)助生產(chǎn)部門探索切實(shí)可行的碳減排方案，將碳排放減排目標(biāo)完成情況納入水泥工廠業(yè)績(jī)考核，核算自身的碳排放情況，做好碳排放審計(jì)工作和數(shù)據(jù)儲(chǔ)備，同時(shí)要持續(xù)了解碳市場(chǎng)的最新進(jìn)展，開展碳資產(chǎn)管理培訓(xùn)工作，為將來(lái)進(jìn)行碳資產(chǎn)交易等工作打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。碳資產(chǎn)管理工作難度系數(shù)很高，涉及到公司的內(nèi)部管理、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)、技術(shù)研發(fā)、碳資產(chǎn)交易等方方面面的內(nèi)容，需要在公司不同部門之間協(xié)同。