“雙碳”背景下水泥行業碳減排策略探討

摘要：為落實“雙碳”目標要求，2021年9 月我國發布《中共中央 國務院關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》，指導全國及各行業細化和落實“雙碳”工作。水泥行業作為國家減排工作的重要領域之一，應緊密對接政策、強化戰略規劃，探索并實踐符合當前階段的碳減排路徑，以推動水泥產業高質量達峰。因此，基于水泥行業的資源條件與技術現狀，深入剖析并構建符合國情與行業特性的減排發展策略，旨在加速水泥行業實現碳中和目標的步伐，以及增強其在全球氣候治理體系中的參與度。

關鍵詞：碳達峰；碳中和；水泥行業；減排策略

水泥行業由于能源消耗大、污染物排放量大，成為我國節能減排的重點方向。在“雙碳”背景下，水泥行業急需制訂可行的節能減排計劃，從產能結構優化、原料替代開發、電氣化轉型、燃料多元化和碳捕集等方面入手，開展節能減排，主動迎接“雙碳”的嚴峻形勢，為實現碳中和目標奠定堅實基礎。

1 政策及背景

步入21 世紀后，全球氣候變化議題迅速崛起，成為國際關注的焦點，各國政府與國際社會對此傾注了高度關注。為建設世界生態文明體系做貢獻，我國采取了一系列的政策和舉措，積極應對全球氣候變化，提出了2030 年實現碳達峰、2060 年實現碳中和的“雙碳”目標。以碳排放強度控制為主、碳排放總量控制為輔助的政策體系，引導具備條件的地區、重點產業和龍頭企業在“十四五”時期實現碳達峰，并在此基礎上加快工業、建筑、運輸等行業低碳轉型[1]。

水泥行業是我國國民經濟發展的關鍵環節之一，也是我國能耗與碳排放量最大的產業，其減排效果將關系到整個建筑材料行業碳中和目標的實現。因此，《國務院關于加快建立健全綠色低碳循環發展經濟體系的指導意見》提出了以水泥為代表的建筑材料行業碳排放的具體指標，并提出相關對策，推進領域的空氣污染和溫室氣體聯合減排試驗和示范工程建設。

2 我國水泥行業碳排放現狀

2.1 水泥行業碳排放概況

截至2020 年末，我國水泥年度總產量已達23.7 億t，其中水泥熟料產量占主導地位約16 億t。在水泥熟料生產過程中，每生產1t 水泥產品就會排放約0.86 tCO2，其中碳酸鹽分解產生約0.56 tCO2，燃煤過程約釋放0.3tCO2。據《中國建筑材料工業碳排放報告（2020年度）》數據顯示，2020 年我國水泥行業CO2 總排放量約為12.3 億t 同比增長1.8%，其中水泥生產過程中燃煤排放的CO2 同比增長0.2%；水泥生產過程中電力消耗間接引發的CO2 排放量達8955 萬t。

據計算，我國水泥熟料消費峰值預期接近16.5 億t，以當前平均排放水平推算，水泥行業年CO2 排放量或將觸及14.2 億t。另外，進一步的預測表明，至2025 年、2030 年和2050年，水泥熟料消費量預計將分別回落至約15.5億t、12 億t 和10 億t[2]，因此我國水泥行業年CO2 排放量也會隨之降低。

2.2 水泥行業碳排放核算體系構建

為響應“雙碳”目標，中國建筑材料聯合會向全行業發起倡議，提出建筑材料行業應在2025 年前集體實現碳達峰，而水泥行業在內的關鍵領域碳排放應提前至2023 年達峰。因此，為精確量化建筑材料及其細分領域碳排放，并有效評估碳減排措施成效，中國建筑材料聯合會發布的《建筑材料工業二氧化碳排放核算方法》（簡稱“建筑材料工業碳排放核算法”），對水泥行業的碳排放核算進行了詳細規定。

建筑材料工業碳排放核算法在計算燃料燃燒產生的CO2 時，以燃料實際熱值為基準；在計算工業過程碳排放時，應依據碳酸鹽原料碳含量平均值進行動態調整；在計算水泥熟料生產碳排放時，需考慮水泥熟料中氧化鈣與氧化鎂比例變化的影響。另外，為確保數據的準確與公正，該方法明確扣除了利用電石渣、冶煉渣、硫酸渣等工業廢棄物生產的水泥熟料產量。

2.3 水泥行業碳排放關鍵要素剖析

水泥行業的碳排放特性顯著，其排放結構分為直接排放與間接排放2 大板塊。其中，直接排放主要源于化石燃料燃燒排放與水泥熟料生產中的碳酸鹽分解排放；間接排放主要源于電力消耗。

聚焦碳排放因子與水泥產品產量2 大維度，深入剖析影響水泥行業碳排放量的核心要素。目前，我國電力結構以火電為主，電力生產過程中CO2 排放量較大，排放因子約為0.46 t CO2/MWh。結合水泥熟料熱能、電能消耗及石灰石比例，估算水泥熟料碳排放因子約為0.86 t CO2/t 熟料、水泥產品碳排放因子介于0.65～0.72 t CO2/t 產品之間。

進一步分析顯示，碳排放因子的形成受原材料種類、能源效率及生產效能等多重因素影響。在水泥生產源頭進行優化，精選生產原材料與煅燒燃料；在生產環節，聚焦能效提升與技術創新，驅動減碳進程；在排放末端，重視工廠綠化及探索碳捕獲、轉化、利用與封存（CCUS/CCRS/CCU/CCS）等先進技術，構建全面的碳排放管理框架[3]，助力水泥行業早日實現“雙碳”目標。

3 水泥行業碳減排策略

3.1 強化低碳技術應用

加速推進水泥行業的綠色轉型與升級，以市場機制為導向，兼顧污染控制與碳減排雙重目標，激勵水泥企業深入實施綠色發展戰略；加大對水泥低碳技術研發與應用的扶持力度，重點研究開發和推動高效率、低碳化的水泥制品；開展低碳科技的示范和普及工作，不斷改進和完善已有生產流程，優化制造工序，采用替代原料和能源，提高余熱利用效率；利用水泥窯實現固體廢物的協同處置；強化清潔生產標準的實施，提高水泥熟料質量和成品的合格率，有效降低水泥行業的碳排放。

3.1.1 替代原料

以高鈣組分垃圾為原料，采用工業廢料代替石灰石制備水泥熟料，實現碳酸鹽巖的快速降解，從而大幅減少碳排放量。目前，我國高鈣固體廢物主要有3 種，即①以氫氧化鈣為主要原料的電石渣，其可代替石灰石，可減少碳排放量50%～60%；②以鋼渣、爐渣為主的冶金副產物，由于其能在高溫下碳化，碳酸氫根被分解生成濃度在35%～40% 之間的氧化鈣，因而可依據氧化鎂和重金屬元素的比例進行調節作為原料使用，可將石灰石消耗降低1%～2%、煤炭消耗降低4%～5%； ③以鎂渣、磷渣和鉛鋅渣為主的金屬渣，可在一定程度上取代石灰石和鐵等材料，降低能耗和CO2 排放量[4]。

3.1.2 替代燃料

水泥行業在煅燒燃料替代領域的探索歷史雖長，但初期進展較為緩慢。1990 年至2014年間，全球水泥廠的煅燒燃料替代年均增長率從2% 增長至14.8%，其中生物質燃料的占比從0.03% 提升至5%。

2015 年，歐洲以39% 的水泥煅燒燃料替代率，位居全球水泥行業煅燒燃料替代的前列；相比之下，我國在水泥煅燒燃料替代方面的實踐較為有限，燃料替代率遠低于2% 的基準線。2017 年，德國與英國在水泥煅燒燃料替代方面表現突出，按熱能替代量計算，2 個國家的水泥煅燒燃料替代率分別達到了68.3%和51.2%，而全球平均水平僅為7.6%。2020 年，德國水泥煅燒燃料替代率達70%，歐盟28 國的平均水平也達到了44%。

為降低碳排放，近年來我國也在積極尋求水泥煅燒燃料替代路徑，如利用垃圾焚燒熱能、秸稈及固體廢棄物等含能物質替代煤炭。然而，受廢物分類與預處理技術的不足影響，水泥煅燒燃料替代率的提升受到較大限制。因此，應構建高效的廢物收集與預處理體系，結合分散與集中加工模式，并強化大件垃圾、園林廢棄物及秸稈等生物質燃料的技術研發，減少煤炭依賴，實現水泥煅燒燃料替代，從源頭減排水泥煅燒產生的碳排放[5]。

3.1.3 碳捕集利用技術

碳捕集與循環利用技術，可實現環境減負與資源高效利用的雙重目標，其技術路徑包含富氧燃燒、燃燒前捕集及燃燒后捕集等多種方式。目前，水泥行業通過碳補集利用技術捕集到的CO2，已被初步探索應用于建筑、材料、化工、農業及食品等多個領域。但受高昂的CO2 捕集成本及較低的利用效率制約，碳捕集與循環利用技術還無法被廣泛應用，因此未來需開發具備成本效益的大規模商業化應用產品，提升碳捕集與利用的經濟性和技術效率。

3.1.4 其他節能低碳技術

為深度降低能源消耗與碳排放，水泥行業應在節能減排進程中持續探索并實踐高效的節能低碳技術。如，針對水泥生產中的關鍵設備（球磨機系統）實施精細化的粉磨工藝改造策略，降低系統電耗，提升整體能源利用效率，降低碳排放；引入并融合高壓擠壓料層粉碎技術，以及結合高效的物料分散與分級設備，增強水泥生產流程的連貫性，降低生產能耗與碳排放。

在燃燒技術層面，通過用富氧燃燒技術逐步取代傳統空氣助燃方式，有效增強水泥煅燒燃料的燃燒效率與穩定性，促進水泥產品質量的提升，從而直接減少能源消耗與碳排放，為水泥工業的綠色發展奠定堅實基礎。

3.2 優化能源與資源利用效率

在全球氣候變化和環境保護日益成為國際關注重點的背景下，“雙碳”目標的確立，為我國各行業的可持續發展指明了方向。水泥行業作為能源消耗和碳排放的重點行業之一，在推動社會經濟發展的同時，也面臨著嚴峻的碳減排挑戰。

水泥行業應深化清潔生產與節能降耗的基本原則，聚焦能源多級高效利用技術的研發與普及。如，實施水泥窯節能改造工程，降低每一種產品的能源消耗和CO2 排放量；加強對能源消耗門檻的管控，建立能源效率領導型企業，促進產業內部能源效率對比和提高競爭環境；建立節能減排評價體系，強化能源消耗的精細管理，充分發掘能源節約和減排潛能；對現有的生產線進行智能化的改造和更新，并利用物聯網、大數據、云計算和 AI 等現代科學技術，將數字化和低碳發展的思想融入生產線的智能化改造之中，推動智能協同控制、生產實時監測與預警、環境節能與智能安全等方面的集成應用，提高水泥企業的能耗監測和管理水平，進一步促進水泥行業節能降耗、低碳減排發展。

3.3 完善碳排放管理體系

隨著全國碳排放權交易市場的正式運行，發電行業已率先入市。而水泥行業作為國家減排工作的重要領域之一，亦步入市場納入的籌備階段。持續優化碳排放的計量、報告與核查體系，精確把握自身碳排放狀況。主動參加碳排放權交易，進行規范和過程研究，構建統一的碳排放計量規范及相應的信息管理體系。通過我國現已構建的碳資產信息服務平臺，提高水泥行業競爭力，并以此為基礎，將我國水泥行業的所有企業都納入到國家碳交易體系中，實現對整個行業的高效管理和流轉，使水泥行業的碳排放顯著降低。

4 結束語

綜上所述，為應對全球氣候變化，實現“雙碳”目標，我國急需通過淘汰低效產能、靈活實施錯時生產計劃、推進產能減量替代等手段，實現市場和工業的協調，從而鞏固“消減”和“降碳”效果。水泥行業作為傳統的高能耗、高排放產業，面臨的碳減排壓力前所未有，因而行業內的企業應積極制定和實施碳中和相關計劃，加強對能源節約、低碳技術的應用，增強對新技術的研發投資，建立健全的企業內部節能降碳管理體系，對水泥生產全生命周期的碳排放實施全方位監管，推動水泥行業綠色低碳化轉型發展。

參考文獻

[1] 趙旭東，范永斌，夏凌風.水泥行業納入全國碳市場背景下企業的應對措施[J].中國水泥，2024（6）：6-13.

[2] 夏凌風，郭珍妮，葉寒韻，等.關于水泥行業燃料替代技術發展的幾點思考[J].中國水泥，2024（5）：26-30.

[3] 史家樂，李靜，海燕.水泥行業碳源分析及碳排放核算研究[J].水泥，2023（11）：20-23.

[4] 王俊杰，楊華偉，湛月平，等.生物質替代燃料在水泥行業的應用進展[J].潔凈煤技術，2023，29（10）：54-65.

[5] 佚名.中國水泥行業最大儲能系統啟用[J].江西建材，2023（8）：360.

作者簡介

楊向龍（1991—），男，漢族，陜西寶雞人，工程師，碩士，研究方向為氣候變化。

通信作者

戈海猛（1987—），男，漢族，河北滄州人，工程師，碩士，研究方向為氣候變化。

加工編輯：唐藝桐

收稿日期：2024-07-11