全球首個水泥行業碳減排路線圖發布

全球首個水泥行業碳減排路線圖發布

水泥生產中排放的二氧化碳占人類活動制造的二氧化碳總量的5%。從2002年開始，CSI成員已經在衡量、報告、減少碳排放方面取得了很大進展，并將這些成就與全球水泥行業共同分享。本技術路線圖在這些成就的基礎上，合乎邏輯地描述了抵抗環境變化的有效方法，并勾畫出一個在水泥行業可行的路徑，以期最終實現2050年全球二氧化碳排放量減少一半的宏偉目標。

混凝土是現代人類社會所有基礎設施建設所必需的材料，而水泥則是混凝土中最基本的粘合材料。在人類社會消耗的所有材料中，混凝土的用量僅次于水的用量。水泥生產過程中不可避免地產生了二氧化碳，水泥生產中排放的二氧化碳占人類活動制造的二氧化碳總量的5%。據USGS統計顯示，2006年全球水泥消費量為25.5億噸，2008年進一步增長至28.57億噸。而且，可以預計，隨著現代化進程的加速和經濟的不斷增長，全世界——特別是發展中國家——水泥和混凝土的需求量將持續增長。預計到2050年，全球水泥消費量將增加至44.0億噸，即使是根據最保守的估計，全球水泥消費量也將增至36.9億噸。而且未來幾十年內，人類可能無法找到可以替代水泥的建筑材料。

近年來，水泥行業減排工作出現可喜跡象：碳排放量并未隨水泥產量同比增長，2000～2006年，全世界水泥產量增長了54%，而據IEA統計，二氧化碳排放量大約增長了42%（560Mt）至1.88Gt。但是，如果水泥需求增長的速度超過二氧化碳排放減少的速度，碳排放總量將繼續上升。

目前已經有數家機構對水泥行業碳減排可能性進行了深入研究，他們基本一致同意水泥行業減少碳排放的途徑主要有以下四種：

1.提高熱電效率

2.采用替代燃料

3.采用更多熟料替代物

4.碳捕捉和封存技術

這四種手段不是獨立的，它們之間可相互影響。此外，世界上許多機構正在努力研究低碳水泥，但是這些新產品仍處在前期試驗階段，至于能否大規模推廣目前尚不能確定。

1 提高能源效率

在水泥行業四種碳減排手段中，只有提高能源效率是行業自身推動的，其他三種手段很大程度上要依靠政策和法律推動。

水泥生產商建設新水泥生產線時一般都會采用最先進，同時也最節能的生產技術，因此，隨著水泥技術的進步和對舊生產線的改造，水泥生產中的能效也不斷提高。市場競爭壓力迫使水泥生產商淘汰立窯、濕法窯等落后生產工藝。現在最先進的水泥生產工藝是新型干法水泥生產工藝，據CSI的統計報告GNR（Getting the Numbers Right，2006年CSI對其18個成員遍布全球的800家水泥廠所做的統計研究）顯示，1990年，這類窯型噸熟料平均熱耗為3605 MJ/Tonne，2006年，噸熟料平均熱耗為3382 MJ/Tonne，16年間噸熟料熱耗下降了6個百分點。電耗方面，2006年，世界上電耗控制最好的10%的水泥企業可以將噸水泥電耗控制在89KWh/Tonne以內，剩余的90%的水泥企業的噸水泥電耗則在130 KWh左右，世界范圍內平均來看，噸水泥電耗為111KWh。

理論上，水泥生產中的最小噸熟料熱耗為1.6～1.85GJ，然而受實際技術條件的限制，這是無法實現的。同時，在降低熱耗和電耗方面，水泥行業還面臨著其他方面的挑戰：（1）新生產技術需要很高的成本投入；（2）更高的環境要求可能增加能耗，如粉塵排放限制就需要消耗更多能量以分離、收集粉塵；（3）對高性能水泥的需求將消耗更多能量用于水泥粉磨過程；（4）普遍認為，碳捕捉和碳封存技術雖然可以減少二氧化碳排放，卻會增加能源消耗。（5）其他減排手段——如熟料替代物的采用也可增加能耗。

流化床工藝是提高熱效的有效方法，目前已在其他行業廣泛使用，目前還未證明該技術是否能在水泥行業大規模推廣。目前，我們還不知道其他大幅度提高熱電效率的方法。水泥行業在不斷研究可以降低電耗的新型粉磨設備和外加劑。這些技術需要持續的研發投入以達到效率最大化。需要注意，能效的提高是伴隨著新水泥窯技術進步而發展的，并不是單獨的技術。

2 采用替代燃料

可以用產碳量少的其他礦物燃料（如天然氣）和生物質燃料替代常規燃料（如煤炭和石油焦），替代燃料產生的二氧化碳可較煤炭減少20%～25%。替代材料可適用于水泥窯，原因有二：其一，替代材料的能量組分可以代替常規礦物燃料的能量組分；其二，替代燃料的無機組分，如粉塵，可以用于熟料生產。

水泥工業可用的典型替代燃料有：預處理過的工業固體廢棄物和城市生活垃圾，廢舊輪胎，廢油及其溶液，塑料、紡織品和廢紙，生物質能燃料。其中生物質能燃料包括：骨粉飼料、木料、木塊和碎木屑，廢舊木材和廢紙，農業殘余物，如米糠、鋸末，污水污泥，以及農作物秸稈。

2006年的GNR報告顯示，CSI成員下屬水泥廠使用的生物質燃料占總燃料的3%，其他礦物質燃料占7%，而常規燃料（主要是煤炭）已然高達90%。技術上講，替代燃料的使用率可以達到更高水平。在某些歐洲國家，水泥行業燃料平均替代率超過50%，個別水泥廠甚至達到98%。燃料產生的二氧化碳占水泥廠碳排放總量的40%，因此，替代燃料的使用可以大幅度降低二氧化碳的排放量。

盡管在技術方面，水泥廠可以100%使用替代燃料，但是由于替代燃料種類繁多，物理和化學性質各異，在使用之前需要預先處理以使其充分混合、易于燃燒。此外，替代燃料的推廣還面臨著更多經濟和政治限制：（1）廢棄物管理法規，只有政策嚴控廢物填埋或垃圾焚燒，倡導垃圾分類，水泥廠替代燃料使用率才會大幅提高；（2）地方需有足夠的垃圾回收網絡；（3）替代燃料成本可能會隨碳成本升高，水泥行業可能無法獲取大量生物質燃料；（4） 盡管管理良好的水泥廠使用替代燃料時和不使用時，排放水平相當，人們還是可能擔心使用替代燃料會排放有害物質。（5）對替代燃料的預處理很可能會增加熱能消耗。

GNR數據地理學分析顯示，2006年，歐洲水泥廠替代燃料占燃料總量的20%（15%為礦物燃料，5%為生物質燃料）；北美、日本、澳大利亞和新西蘭水泥行業所用燃料中有11%來自于廢棄物；拉丁美洲的燃料替代率為10%；而在這方面剛剛起步的亞洲，燃料替代率只有4%。在非洲、中東和獨聯體國家的水泥行業，替代燃料的使用比例還很小。

替代燃料的使用取決于當地工業類型、廢棄物處理立法水平、管理體制和實施力度、廢棄物收集基礎設施等條件的限制。預計到2030年，發達國家水泥行業的燃料替代率將從現在的16%上升至40%～60%，并在2050年前一直穩定在這一水平；而發展中國家燃料替代率2030年將達到10%～20%，2050年可能進一步升至30%～35%。

3 熟料替代物

熟料是水泥的主要成分，與4%～5%的石膏混合粉磨后，可以與水反應并硬化。其他礦物質與熟料、石膏一起粉磨之后也具有水硬性，如高爐礦渣細粉（鋼鐵工業副產品），粉煤灰和天然火山物質。這些替代物的使用可以降低水泥中熟料的含量，從而降低二氧化碳的排放。

不同型號的水泥中熟料含量各不相同，普通波特蘭水泥中的熟料含量可高達95%，但是熟料含量極高或極低的水泥只用于特殊地方。2006年的GNR數據顯示，世界平均熟料含量為78%，這意味著當年全球24億噸水泥總產量中，大約有5億噸的熟料替代物。

主要熟料替代物及其產量

熟料替代物的推廣限制主要有：（1）區域地理限制；（2）不斷上升的價格；（3）熟料替代物的屬性可能與水泥用途要求相悖；（4）普通硅酸鹽水泥國家標準；（5）建筑承包商和用戶對水泥替代物的使用與認可度。此外，熟料替代物的可用性受環境法規的影響很大。

4 碳捕捉與碳封存

碳捕捉和封存（CCS）是一種新技術，利用這種技術可以在二氧化碳排放之處將其收集起來并壓縮成液體，并通過管道輸送，將其永久封存在地底深處。該技術目前尚未在水泥行業大規模使用，但是它有良好的前景。水泥行業的二氧化碳排放主要發生在燃料燃燒和石灰石煅燒階段，對于它們的捕捉需要特殊的、低成本、高效率的碳捕捉技術。

目前水泥行業已經開展了碳捕捉技術的研究。需要注意，只有整個碳捕捉鏈條——包括液碳的輸送、合適的封存地點等——可以運行的時候，碳捕捉才有意義。

從技術角度來講，2020年之前，水泥行業碳捕捉技術可能無法達到商業運用的水平。在此之前，需要進行大量的研究和測試。預計2015～2020年間，全球范圍內或將有數個大型碳捕捉項目投入使用，如果按10～20個日產6000噸大型水泥窯碳、捕捉效率為80%來算，每年將減少二氧化碳排放25～30Mt。如果有適當的政策支持，預計2020年后，碳捕捉和封存技術可以投入商業使用。

碳捕捉技術的推廣除受技術水平制約之外，還受到成本的制約。盡管隨著科技的發展，碳捕捉成本約逐漸降低，但是預計每捕捉1噸二氧化碳，需要成本20～75歐元（只有在條件極為成熟時，才可以使成本降至20歐元）。此外，碳捕捉技術的推廣還需要公眾的支持：（1）政策支持和政府激勵；（2）企業所有者的配合；（3）附近居民的同意；（4）政府和行業的共同推廣與宣傳。

政策支持

如果沒有政策的支持與引導，本路線圖所提供的減排措施將很難推廣下去。為此，政府需要：

（1）鼓勵新建和改造水泥窯采用最新的、能效最高的技術；

（2）鼓勵并推動替代燃料的使用；

（3）鼓勵并推進熟料替代物的使用；

（4）推動碳捕捉和封存技術的研究;

（5）確保達成國際層面的、可預測、目標性、穩定的二氧化碳限排和能源框架；

（6）鼓勵科技研發，鼓勵創新；

（7）鼓勵新減排技術的國際合作以及公眾、私人的參與。

碳減排進程表

為促進減排技術的發展，本路線圖制訂了水泥行業減排進程表。需要注意，由于科技發展速度各有不同且碳減排措施的實行力度不可預測，制作出這樣的進程表十分困難。尤其是，受現有科技條件的限制，有關碳捕捉和封存技術的數據非常模糊。但是，它將有助于推動技術的進步和政策的制定。減排進程表指示了，為達到設定的碳減排目標，水泥行業在每個階段需要怎么做。

碳減排路線圖

2006年，全球水泥行業碳排放量約為1.88Gt，如不采取任何措施，隨著全球水泥產量的不斷增長，預計2050年這一數據將上升至（最少）2.34Gt。如果充分采用文中提及的四種碳減排手段，2050年，水泥行業或許能將碳排放總量控制在1.55Gt，在2006年碳排放的基礎上下降18%。到2050年，四種手段對碳減排的貢獻率分別為：提高能源效率10%，采用替代燃料24%，熟料替代物10%，碳捕捉和封存56%。

水泥行業減排進程表