[專(zhuān)題]全球主要國(guó)家水泥行業(yè)碳中和路線(xiàn) ——產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同減碳 靜待技術(shù)突破

目前，已經(jīng)有超過(guò)77個(gè)國(guó)家承諾到2050年實(shí)現(xiàn)凈零排放。根據(jù)國(guó)際能源署，全球范圍內(nèi)，水泥是第三大能源消耗行業(yè)，碳排放量占總排放量的約7%。為達(dá)到巴黎協(xié)定制定的目標(biāo)，國(guó)際能源署因此制定了水泥行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型的技術(shù)路線(xiàn)圖，全國(guó)主要國(guó)家、行業(yè)協(xié)會(huì)也紛紛發(fā)布了或?qū)⒅贫ㄋ嘈袠I(yè)的碳中和路線(xiàn)。根據(jù)麥肯錫的報(bào)告，水泥行業(yè)是二氧化碳排放的主要來(lái)源，也是單位收入產(chǎn)生的排放量最多的，一美元水泥收入將排放二氧化碳達(dá)到6.9kg，是鋼鐵的約5倍之多。麥肯錫的研究認(rèn)為，到2050年二氧化碳排放量將減少75%。然而，只有一小部分(約20%)將來(lái)自運(yùn)營(yíng)進(jìn)步，而其余部分將需要來(lái)自技術(shù)創(chuàng)新等。

圖1：一美元收入二氧化碳排放量（kg）

數(shù)據(jù)來(lái)源：麥肯錫《為零碳水泥奠定基礎(chǔ)》、水泥大數(shù)據(jù)（https://data.ccement.com/）

一、歐洲

2020年，歐洲水泥協(xié)會(huì)發(fā)布了新的碳中和路線(xiàn)圖，提出了到2050年實(shí)現(xiàn)水泥和混凝土價(jià)值鏈凈零排放的雄心。到2030年達(dá)到《巴黎協(xié)定》設(shè)定的目標(biāo)，水泥的二氧化碳排放量減少30%，價(jià)值鏈下游減少40%。為此，歐洲水泥協(xié)會(huì)提出了5C路線(xiàn)，即著眼于如何通過(guò)在價(jià)值鏈的每個(gè)階段--熟料、水泥、混凝土、建筑和碳化。

a.德國(guó)：接近減排極限 亟需技術(shù)突破

德國(guó)的水泥行業(yè)以及整個(gè)混凝土價(jià)值鏈在尋求碳中和方面面臨著重大挑戰(zhàn)。自1990年以來(lái)，德國(guó)水泥制造商已經(jīng)減少了20 - 25%的二氧化碳排放。除了熱效率方面的改進(jìn)，有兩個(gè)因素對(duì)實(shí)現(xiàn)這一成功至關(guān)重要：首先，水泥中熟料含量的減少，其次替代燃料的使用增加。然而，水泥行業(yè)正在達(dá)到其進(jìn)一步減少二氧化碳排放潛力的極限，特別是與熟料生產(chǎn)有關(guān)的工藝相關(guān)的二氧化碳排放不能通過(guò)使用傳統(tǒng)方法來(lái)降低。除了用于熟料和水泥生產(chǎn)的部分新型二氧化碳高效原材料，以及混凝土制造和建筑方面的創(chuàng)新之外，該行業(yè)完全脫碳的努力將在很大程度上依賴(lài)于水泥廠(chǎng)的碳捕獲及其隨后的利用和存儲(chǔ)(CCUS)。

德國(guó)的水泥行業(yè)非常清楚自己在水泥和混凝土脫碳方面必須承擔(dān)的責(zé)任。與此同時(shí)，很明顯，這個(gè)行業(yè)無(wú)法單獨(dú)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。這需要整個(gè)價(jià)值鏈的合作，從設(shè)備供應(yīng)商和混凝土制造商到建筑行業(yè)、設(shè)計(jì)師和建筑師。另一個(gè)先決條件是建立一個(gè)有效的政策框架，確保一個(gè)公平的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，允許在德國(guó)生產(chǎn)具有競(jìng)爭(zhēng)力的低碳和連續(xù)脫碳水泥和混凝土。同時(shí)，必須促進(jìn)綠色產(chǎn)品的市場(chǎng)，考慮到這些產(chǎn)品往往比傳統(tǒng)生產(chǎn)的產(chǎn)品貴得多。

具體到2050年水泥和混凝土減碳的途徑，德國(guó)水泥協(xié)會(huì)提出了兩種方案，旨在減少德國(guó)水泥行業(yè)及水泥和混凝土價(jià)值鏈的直接二氧化碳排放。

表1：德國(guó)水泥工業(yè)兩種碳減排路線(xiàn)假想

數(shù)據(jù)來(lái)源：德國(guó)水泥協(xié)會(huì)（VDZ）、（https://data.ccement.com/）

方案一揭示了一個(gè)事實(shí)，即如果沒(méi)有突破性技術(shù)，水泥和混凝土不可能完全脫碳。水泥廠(chǎng)的碳捕獲及其后續(xù)的利用和存儲(chǔ)(CCUS)將是水泥和混凝土脫碳的關(guān)鍵。在用盡了所有其他的二氧化碳排放手段之后，從2050年起，為了實(shí)現(xiàn)德國(guó)水泥工業(yè)的氣候中和，每年將需要捕獲大約1000萬(wàn)噸二氧化碳。

水泥和混凝土的減碳是基于一整套全面的措施，很大程度上也取決于綠色能源的供應(yīng)。例如，由于碳捕集技術(shù)的廣泛應(yīng)用，生產(chǎn)熟料所需的電力將增加一倍以上。這使得可再生能源和高性能電網(wǎng)的可用性成為重要先決條件。對(duì)水泥工業(yè)來(lái)說(shuō)，另一個(gè)特別重要的因素是能夠長(zhǎng)期獲得足夠數(shù)量的替代燃料。二氧化碳基礎(chǔ)設(shè)施也至關(guān)重要--無(wú)論是對(duì)水泥和混凝土的減碳，還是對(duì)新CCUS價(jià)值鏈的發(fā)展。只有這樣，才有可能確保二氧化碳在捕獲后得到適當(dāng)?shù)睦没騼?chǔ)存。在大多數(shù)情況下，需要解決如何將捕獲的二氧化碳從水泥廠(chǎng)運(yùn)輸?shù)侥康牡氐膯?wèn)題，例如化學(xué)園區(qū)或煉油廠(chǎng)，甚至是北海的存儲(chǔ)場(chǎng)所。盡管碳捕集對(duì)于水泥生產(chǎn)的減碳是必不可少的，但由于成本非常高，投入巨大，只有在所有其他減排方案都被充分利用后，才能采用這種方法。

b.英國(guó)：有望實(shí)現(xiàn)凈負(fù)排放

自1990年以來(lái)，英國(guó)的水泥行業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了53%的二氧化碳絕對(duì)減排--減碳速度比整個(gè)英國(guó)經(jīng)濟(jì)都要快。2018年，英國(guó)混凝土和水泥的二氧化碳排放量為730萬(wàn)噸，其中約440萬(wàn)噸來(lái)自熟料生產(chǎn)的過(guò)程排放，220萬(wàn)噸來(lái)自燃料燃燒，其余來(lái)自電力使用和運(yùn)輸。

英國(guó)的混凝土和水泥行業(yè)已經(jīng)啟動(dòng)了到2050年實(shí)現(xiàn)凈負(fù)增長(zhǎng)的路線(xiàn)圖，即每年從大氣中去除的二氧化碳超過(guò)其排放的二氧化碳。為實(shí)現(xiàn)凈零碳，需要通過(guò)脫碳電力、物流、燃料轉(zhuǎn)換、更多地使用低碳水泥和混凝土以及水泥制造中的碳捕獲、使用或存儲(chǔ)(CCUS)等技術(shù)和手段。路線(xiàn)圖計(jì)算了每種技術(shù)的潛力和可以實(shí)現(xiàn)的碳節(jié)約。CCUS技術(shù)對(duì)于實(shí)現(xiàn)零排放制造至關(guān)重要，根據(jù)路線(xiàn)圖，CCUS技術(shù)將實(shí)現(xiàn)61%的碳減排。到2050年，通過(guò)使用中的混凝土吸收二氧化碳的能力，以及在建筑和結(jié)構(gòu)中使用混凝土的保溫性能來(lái)減少運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的排放，將實(shí)現(xiàn)一個(gè)凈負(fù)排放的行業(yè)。

表2：7種減排手段貢獻(xiàn)

數(shù)據(jù)來(lái)源：英國(guó)礦產(chǎn)品協(xié)會(huì)（MPA）、（https://data.ccement.com/）

行業(yè)現(xiàn)在呼吁政府在2021年之前建立一個(gè)強(qiáng)有力的財(cái)政支持模式，包括為碳捕獲的資本和運(yùn)營(yíng)成本提供支持。這將確保該技術(shù)能夠被開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，在2030年后具有投資收益性。

英國(guó)礦產(chǎn)品協(xié)會(huì)（MPA）首席執(zhí)行官奈杰爾·杰克遜評(píng)論道：“我們已經(jīng)在減少碳排放方面取得了重大進(jìn)展，但對(duì)凈零碳的挑戰(zhàn)沒(méi)有任何幻想。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，混凝土和水泥行業(yè)的生產(chǎn)、供應(yīng)和使用的各個(gè)方面都需要大規(guī)模脫碳。單獨(dú)的混凝土和水泥行業(yè)無(wú)法實(shí)現(xiàn)凈零排放，我們只有在政府的協(xié)同支持下，以及在更廣泛的建筑、能源和交通部門(mén)的重大變革下，才能實(shí)現(xiàn)凈零排放。”

“重要的是，我們的路線(xiàn)圖將不會(huì)抵消排放或離岸生產(chǎn)。我們認(rèn)為，凈零排放應(yīng)該通過(guò)減少英國(guó)制造的建筑材料的排放來(lái)實(shí)現(xiàn)，而不是通過(guò)“碳泄漏”來(lái)實(shí)現(xiàn)，即英國(guó)的生產(chǎn)被進(jìn)口產(chǎn)品取代，只是把排放責(zé)任轉(zhuǎn)移到國(guó)外。目標(biāo)應(yīng)該是在確保英國(guó)承擔(dān)其排放責(zé)任的同時(shí)，保留英國(guó)的就業(yè)機(jī)會(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值?！?/p>

c.其他

歐盟主要國(guó)家設(shè)定了2050年達(dá)到碳中和的目標(biāo)，芬蘭的目標(biāo)是在2035年實(shí)現(xiàn)碳中和，之后迅速實(shí)現(xiàn)碳負(fù)。

二、美洲

加拿大：多種手段實(shí)現(xiàn)凈零碳混凝土

加拿大政府和加拿大水泥協(xié)會(huì)(CAC)已經(jīng)建立了合伙關(guān)系，以支持實(shí)現(xiàn)凈零碳混凝土的路線(xiàn)圖。該路線(xiàn)圖將為加拿大水泥工業(yè)提供到2050年實(shí)現(xiàn)凈零碳混凝土所需的技術(shù)、工具和政策指導(dǎo)，包括：

1.通過(guò)數(shù)據(jù)戰(zhàn)略、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、采購(gòu)和推廣，支持在加拿大發(fā)展低碳排放供應(yīng)鏈；

2.跨部門(mén)和政府協(xié)調(diào)，加大對(duì)新技術(shù)、產(chǎn)品和流程等高潛力的研究和投資，以開(kāi)發(fā)減少水泥和混凝土生產(chǎn)過(guò)程中的碳排放量；

3.與聯(lián)邦、省、地區(qū)合作伙伴、制造商、清潔技術(shù)解決方案提供商以及其他利益相關(guān)方進(jìn)行合作，以實(shí)現(xiàn)低碳水泥制造的全球領(lǐng)導(dǎo)地位，實(shí)現(xiàn)凈零碳混凝土的目標(biāo)。

實(shí)現(xiàn)國(guó)家實(shí)現(xiàn)凈零碳混凝土路線(xiàn)圖的目標(biāo)，可能導(dǎo)致到2030年累計(jì)減少超過(guò)1500萬(wàn)噸溫室氣體排放，然后繼續(xù)每年減少超過(guò)400萬(wàn)噸。

美國(guó)：2045年實(shí)現(xiàn)凈零碳排放

加州和內(nèi)華達(dá)州水泥協(xié)會(huì)(CNCA)發(fā)布了水泥行業(yè)碳中和路線(xiàn)圖，表示到2045年將實(shí)現(xiàn)凈零碳排放。CNCA的路線(xiàn)圖概述了實(shí)現(xiàn)碳中性的三條主要途徑：減少制造工藝排放；通過(guò)燃料轉(zhuǎn)換減少燃燒排放；增加分布式發(fā)電。許多能夠大幅減少水泥行業(yè)排放足跡的技術(shù)、燃料、材料和工藝已經(jīng)存在。然而，法律、監(jiān)管、許可、市場(chǎng)接受等障礙及成本挑戰(zhàn)、供應(yīng)限制和技術(shù)差距等因素均限制了其影響。該路線(xiàn)圖詳細(xì)闡述了每一種途徑的關(guān)鍵減排戰(zhàn)略，但2021年最直接、最具影響力的機(jī)遇是：

1.投資一項(xiàng)有前景且關(guān)鍵的長(zhǎng)期技術(shù)--碳捕獲、使用和存儲(chǔ)(CCUS)；

2.通過(guò)轉(zhuǎn)換低排放的燃料替代品，如工程廢料和生物質(zhì)，減少燃燒排放。

三、亞洲

印度：增長(zhǎng)的水泥需求帶來(lái)更大挑戰(zhàn)

世界可持續(xù)發(fā)展工商理事會(huì)（WBCSD）分別于2013年和2018年發(fā)布了印度水泥行業(yè)低碳技術(shù)路線(xiàn)圖報(bào)告。印度是世界第二大水泥生產(chǎn)國(guó)，快速的城市化、工業(yè)化，消費(fèi)需求上升、外國(guó)投資資金流入等正推動(dòng)著印度水泥行業(yè)經(jīng)歷著高速增長(zhǎng)浪潮。截至2017年，印度水泥產(chǎn)能為4.1億噸，到2025年預(yù)計(jì)將達(dá)到約6億噸。印度水泥行業(yè)被全球公認(rèn)為世界上能源效率最高的行業(yè)之一，很大的產(chǎn)量，使用的是低碳、節(jié)能的技術(shù)。印度大概99%的水泥產(chǎn)能使用干法制造，其中50%是在過(guò)去10年建成的。

2017年，印度水泥行業(yè)的直接碳排放強(qiáng)度為588kg/噸，與2010年相比下降了5%，提前三年實(shí)現(xiàn)了2020年減排的績(jī)效目標(biāo)。主要是依靠替代燃料使用的增加，熟料系數(shù)的減少和混合水泥產(chǎn)量的增加。印度水泥行業(yè)的熱替代率從2010年的0.6%增加到2017年的3%。據(jù)報(bào)道，印度有60多家水泥廠(chǎng)持續(xù)使用替代燃料。生物質(zhì)占替代燃料消耗總量的24%。2010年，混合水泥占印度水泥生產(chǎn)總量的68%。這在2017年增加到水泥總產(chǎn)量的73%，很大程度上是由于市場(chǎng)對(duì)混合水泥的日益接受，對(duì)可持續(xù)發(fā)展概念的日益認(rèn)識(shí)，來(lái)自火力發(fā)電廠(chǎng)的粉煤灰的可用性和先進(jìn)技術(shù)的使用。熟料系數(shù)從2010年的0.74降低至2017年的0.71。

與2010年相比，2017年的總碳排放排放強(qiáng)度下降至670 kg/噸，減少了6.8%。但行業(yè)仍需要做出重大努力，以實(shí)現(xiàn)2050年目標(biāo)所要求的40%的減排。

在過(guò)去多年里，印度的水泥產(chǎn)量穩(wěn)步增長(zhǎng)，從2010年的217噸增加到2017年的280噸，這得益于該國(guó)的城市化和工業(yè)化，住房和商業(yè)地產(chǎn)需求的增長(zhǎng)以及基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展。2017年印度人均水泥消費(fèi)量約195公斤，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于人均520公斤的世界平均水平，這意味著在滿(mǎn)足未來(lái)未滿(mǎn)足的需求方面存在著巨大的潛力。預(yù)計(jì)到2025年，印度的水泥產(chǎn)量將以6-7%的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)。水泥需求的增加給減少碳排放帶來(lái)了更大的壓力。

在向低碳未來(lái)過(guò)渡的過(guò)程中，該行業(yè)需要大量投資。印度水泥行業(yè)需要120億至250億美元的凈累計(jì)額外投資成本，以實(shí)現(xiàn)減排目標(biāo)。到2050年，水泥生產(chǎn)中的碳捕集技術(shù)將為印度累計(jì)增加410億至520億美元的投資需求。在對(duì)理論水泥工廠(chǎng)進(jìn)行的技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究中，報(bào)告的二氧化碳減排成本從約55-70美元/噸（富氧燃料技術(shù)）到約90-150美元/噸 （燃燒后捕獲）不等，這取決于工廠(chǎng)規(guī)模且不包括二氧化碳的運(yùn)輸和儲(chǔ)存。

其他：日韓同樣2050年實(shí)現(xiàn)凈零排放

日本首相菅義偉承諾，日本將在2050年前實(shí)現(xiàn)凈零排放，并在此期間將現(xiàn)有的減排目標(biāo)提高80%。作為世界第三大經(jīng)濟(jì)體和第五大二氧化碳排放國(guó)，日本嚴(yán)重依賴(lài)化石燃料來(lái)滿(mǎn)足其能源需求。日本的可再生能源行業(yè)還處于起步階段，由于風(fēng)力發(fā)電、核電等都無(wú)法取代日本對(duì)進(jìn)口化石燃料的依賴(lài)，氫已被日本政府認(rèn)定為最強(qiáng)大的替代燃料，為其實(shí)現(xiàn)凈零排放的目標(biāo)提供動(dòng)力。隨后，韓國(guó)總統(tǒng)文在寅也稱(chēng)，要與國(guó)際社會(huì)一起致力于在2050年實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)。

總結(jié)：亟需政策大力支持 靜待技術(shù)突破

通過(guò)對(duì)國(guó)際組織和部分國(guó)家水泥行業(yè)碳中和路線(xiàn)的資料研究，目前國(guó)際主流的觀(guān)點(diǎn)如下：一、多數(shù)國(guó)家提出在2050年達(dá)成凈零排放，即碳中和。由于水泥碳排放的特征，水泥行業(yè)在現(xiàn)有的技術(shù)之下能夠?qū)崿F(xiàn)50%左右的減排量，但要實(shí)現(xiàn)凈零排放，一方面不能僅僅靠水泥行業(yè)本身，而需要整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同努力，混凝土、物流運(yùn)輸、電力、建筑業(yè)等等；另一方面需要突破性技術(shù)的應(yīng)用。二、突破性技術(shù)的投資巨大，政府資金、政策的支持至關(guān)重要，以實(shí)現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)性。