高長(zhǎng)明 | 對(duì)我國(guó)水泥工業(yè)減碳技術(shù)措施及其效果的分析與建議

大氣網(wǎng)訊:1 我國(guó)水泥工業(yè)碳排放現(xiàn)狀

水泥工業(yè)的碳排放占全球人為二氧化碳排放總量的7.5%，而在我國(guó)其占比卻高達(dá)13.75%。為了履行我國(guó)實(shí)現(xiàn)“3060”的莊嚴(yán)承諾，水泥工業(yè)的減碳任務(wù)面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。水泥工業(yè)是我國(guó)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)中的重要行業(yè)，具有全局性的影響。我們必須堅(jiān)決圓滿地完成這個(gè)光榮而艱巨的歷史使命。

2020 年，我國(guó)人為二氧化碳排放總量102 億t，水泥產(chǎn)量23.8 億t，熟料產(chǎn)量15.8 億t，熟料系數(shù)CF為0.66，水泥工業(yè)二氧化碳排放量13.75 億t，單位水泥碳足跡578 kgCO2/t水泥。

借鑒德國(guó)和歐盟等國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際數(shù)據(jù)，從水泥工業(yè)自力更生自身努力減碳的使命感出發(fā)，針對(duì)我國(guó)普通硅酸鹽水泥的三大排碳源頭行之有效的減碳途徑和技術(shù)措施共有7 項(xiàng)，詳見(jiàn)表1中所列。

搜索分析國(guó)內(nèi)外的有關(guān)資料數(shù)據(jù)，按照我國(guó)現(xiàn)今水泥碳足跡578 kgCO2/t水泥的實(shí)際數(shù)據(jù)，筆者對(duì)我國(guó)水泥工業(yè)在未來(lái)30 年（即2021~2050 年之間）各項(xiàng)減碳技術(shù)措施的潛力和效果進(jìn)行了研究分析和預(yù)測(cè)（見(jiàn)表1）。

所謂減碳潛力是指在上述規(guī)定期限內(nèi)，各項(xiàng)減碳指標(biāo)可能達(dá)到的最佳水平或理論極限值。例如減碳措施的第4~第7 項(xiàng)：TSR達(dá)100%，熟料熱耗達(dá)650 kcal/kg，水泥電耗達(dá)70 kWh/t水泥，以及余熱發(fā)電凈值達(dá)36 kWh/t水泥等?？梢钥闯觯@些減碳措施均已使出了“洪荒”之力，幾乎用盡了。計(jì)算得知，第4~第7 的減碳效果，即各項(xiàng)的減碳量分別為40、38、10 和6 kgCO2/t水泥，這就是各項(xiàng)減碳技術(shù)措施可以貢獻(xiàn)出的最大減碳量，共計(jì)94 kgCO2/t水泥。

實(shí)際上，因?yàn)樗嗵甲阚E主要源于原料帶入的工藝排放，所以其減碳的主力必將由降低熟料系數(shù)CF，少用熟料；提高低熟料含量水泥LCC和P·C 32.5水泥用量占比；以及開(kāi)拓提高新型低碳膠凝材料SCM用量占比等三項(xiàng)減碳措施來(lái)承擔(dān)。這第1、2、3 三項(xiàng)的減碳數(shù)據(jù)是相互關(guān)聯(lián)的，相輔相成的，故將其減碳潛力與效果（減碳量）一并綜合考慮計(jì)算。我國(guó)現(xiàn)今的情況大致是CF為0.66，32.5 水泥用量占比約45%（包括P·S 32.5，P·F 32.5，P·P 32.5 和M 32.5），LCC和SCM用量占比約0.5%。預(yù)計(jì)到2050 年，CF將降低到0.56，P·C 32.5水泥和其他32.5 水泥的用量占比將上升到55%以上，而且以P·C 32.5 水泥為主，LCC和SCM用量占比上升到6%以上。這樣措施1~3項(xiàng)的減碳能力可達(dá)128 kgCO2/t水泥。7 項(xiàng)減碳措施的能力合計(jì)為222 kgCO2/t水泥。我國(guó)水泥工業(yè)有望在2050 年達(dá)到碳中和。

2 P·C 32.5 水泥對(duì)水泥工業(yè)實(shí)現(xiàn)碳中和的重要意義

國(guó)內(nèi)外的長(zhǎng)期實(shí)踐業(yè)已證實(shí)，P·C 32.5 水泥與其他32.5 水泥（包括P·S 32.5，P·F 32.5，P·P 32.5 和M 32.5等）相比具有三方面的優(yōu)勢(shì)：（1）對(duì)各種工程需求的適應(yīng)性較好，生產(chǎn)過(guò)程中便于適當(dāng)調(diào)節(jié)性能，利于應(yīng)用。（2）可以對(duì)不同品種混合材采用不同程度的深加工，更好地激發(fā)各種混合材的活性，更多地發(fā)揮其對(duì)熟料的部分替代作用。（3）采用混合材深加工技術(shù)和混凝土外加劑技術(shù)后，P·C 32.5 水泥制備的C30 混凝土各方面的性能均足以與等量的P·O 42.5水泥制備的相比美。在這一應(yīng)用領(lǐng)域P·C 32.5 水泥對(duì)P·O 42.5 水泥的取代效能優(yōu)于其他32.5 水泥。但是應(yīng)該看到，其他32.5 水泥對(duì)有些工程應(yīng)用也是很適宜的，所以采取以P·C 32.5 水泥為主，其他32.5 水泥為輔的策略是符合我國(guó)工程實(shí)際需求的。

現(xiàn)今歐洲市場(chǎng)上LCC和SCM的應(yīng)用情況大致如下。所謂低熟料含量水泥LCC，完整的講包括兩個(gè)部分。一是現(xiàn)有的歐盟水泥標(biāo)準(zhǔn)中近年新增的EN 197 CEMⅡ/C-M，CEMⅤ，CEMⅥ等32.5 復(fù)合水泥（與我國(guó)原有的P·C 32.5 水泥相當(dāng)），其熟料系數(shù)CF可以低到0.31~0.49 之間，市場(chǎng)占有率22%左右。另一部分是正在大力開(kāi)拓創(chuàng)新的CF為0.20 或更低的水泥，正在試驗(yàn)研發(fā)階段。

另外，新型低碳膠凝材料SCM目前在歐洲市場(chǎng)上的產(chǎn)品主要有：硫（鐵）鋁酸鹽水泥（GSA），高貝利特低碳水泥，煅燒黏土LC3水泥，硅酸鈣（鎂）制成的Solidia水泥，硅酸鈣和石英制成的Celitement水泥，Porsal水泥（BCSA），Aether低碳水泥，地礦膠凝材料（Geopolymers），等等。其中除了前三種有少量應(yīng)用以外（市場(chǎng)占有率約1%~2%），其余的均在開(kāi)拓創(chuàng)新之中，處于研發(fā)試驗(yàn)初期。當(dāng)然也不排斥還有一些新類(lèi)型新品種的SCM也有出現(xiàn)的可能。但是總的來(lái)說(shuō)，SCM要達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的程度，譬如市場(chǎng)占有率達(dá)10%左右，估計(jì)可能要到2030 年以后了。

事實(shí)表明，我國(guó)經(jīng)過(guò)了7~8年前發(fā)動(dòng)的一場(chǎng)淘汰低標(biāo)號(hào)水泥的“運(yùn)動(dòng)”以來(lái)，市場(chǎng)已經(jīng)給出了明確的回答：這種做法不科學(xué)，不可行！筆者認(rèn)為，我們現(xiàn)在應(yīng)該反省，糾錯(cuò)止損該到時(shí)候了。必須盡快恢復(fù)被“修改單”取消了許多年的P·C 32.5水泥標(biāo)準(zhǔn)。

同時(shí)還應(yīng)大力開(kāi)拓研發(fā)創(chuàng)新LCC和SCM的應(yīng)用，提高其用量占比達(dá)6%以上。這樣我國(guó)減少水泥工藝碳排放的潛力才能得以應(yīng)有的發(fā)揮，綜合減碳量達(dá)128 kgCO2/t水泥左右。

反之，如果我國(guó)水泥工業(yè)仍堅(jiān)持所謂“水泥高標(biāo)號(hào)化，低標(biāo)號(hào)水泥必須淘汰”的主張。那么，屆時(shí)其CF值非但不可能下降，反而還會(huì)上升到0.70 以上。最終的效果不是減碳反而是增碳!一進(jìn)一出，實(shí)際上無(wú)形中給我國(guó)水泥工業(yè)達(dá)到碳中和目標(biāo)增加了將近200 kgCO2/t水泥的減碳負(fù)擔(dān)。不言而喻，兩種抉擇兩個(gè)結(jié)果，P·C 32.5 水泥標(biāo)準(zhǔn)的恢復(fù)與否，對(duì)我國(guó)水泥工業(yè)實(shí)現(xiàn)碳中和的質(zhì)量良莠具有決定性的影響。

時(shí)至今日我國(guó)水泥界應(yīng)該可以，而且必須做出正確的判斷，當(dāng)機(jī)立斷，糾錯(cuò)止損，不能再延誤了。為了我國(guó)整個(gè)水泥工業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)的根本利益，筆者懇請(qǐng)呼吁廣大有識(shí)之士，打消顧慮解脫羈絆（如果有的話），暢所欲言，為我國(guó)恢復(fù)P·C 32.5 水泥標(biāo)準(zhǔn)做出自己應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

3 對(duì)我國(guó)水泥工業(yè)減碳措施布局的建議

德國(guó)和歐盟各國(guó)以及世界著名的老牌水泥企業(yè)集團(tuán)Heidelberg，Lafarge-Holcim，Cemex，Votorantin，CRH， Italcementi， Buzzi-Unicem …… 在2012 年前后紛紛承諾2050 年實(shí)碳中和以后，2020 年又達(dá)成了一個(gè)共同的中期目標(biāo)，2030 年要將各自水泥的碳足跡降到475 kgCO2/t水泥以下。如果從2000 年算起，大概是前30 年（2000~2030 年）削減250 kgCO2/t水泥（725-475），后20 年（2030~2050 年） 再削減250 kgCO2/t水泥（475-225）。這樣2050 年水泥碳足跡將達(dá)225 kgCO2/t水泥左右，屆時(shí)扣除自然碳匯和CCUS分別為115 和110 kgCO2/t水泥，就可以比較理想的實(shí)現(xiàn)碳中和了。

經(jīng)過(guò)前20 年（2000~2020 年）的實(shí)踐表明，預(yù)計(jì)前250 kgCO2/t水泥（725-475）的減碳都可以通過(guò)減碳措施1~6 共同發(fā)揮作用來(lái)完成，后250 kgCO2/t水泥（475-225）必將需要更多的依賴減碳措施1~3 的主力作用了，如圖1 所示。

應(yīng)該指出，表1 是在我國(guó)盡快恢復(fù)P·C 32.5 水泥標(biāo)準(zhǔn)的前提下，2050 年我國(guó)水泥碳足跡預(yù)測(cè)可達(dá)356 kgCO2/t水泥。這與屆時(shí)德國(guó)的225 kgCO2/t水泥還有不小的差距。我國(guó)尚需減碳措施1~3 項(xiàng)繼續(xù)努力（最好能再減碳100 kgCO2/t水泥左右），做出更多的貢獻(xiàn)。因?yàn)槲覈?guó)近10 年來(lái)在這三項(xiàng)措施方面走上了一段彎路，耽誤了10 多年的時(shí)間。實(shí)際上我國(guó)至今都還沒(méi)有擺脫自己挖的“坑”。表1 中減碳措施1~3項(xiàng)的數(shù)據(jù)，只不過(guò)是筆者個(gè)人的“美好愿望”而已。說(shuō)來(lái)似乎有點(diǎn)傷感。但是我堅(jiān)信：尊重科學(xué)，鍥而不舍，我國(guó)水泥工業(yè)一定會(huì)走上正確發(fā)展的道路。

根據(jù)德國(guó)水泥工廠聯(lián)合會(huì)VDZ的最新資料，現(xiàn)今德國(guó)水泥工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)平均數(shù)據(jù)大致為：CF為0.68，32.5 復(fù)合水泥用量占比約23%，LCC和SCM用量占比約1%~2%，TSR為72%，熟料熱耗780 kcal/kg，水泥電耗90 kWh/t水泥。他們認(rèn)為采用持續(xù)提高TSR，降低熟料熱耗和水泥電耗三項(xiàng)技術(shù)措施的減碳量可達(dá)約70 kgCO2/t水泥。暫不考慮余熱發(fā)電的因素，因其對(duì)減碳量的影響甚微。

2020 年11 月VDZ發(fā)布的《德國(guó)水泥工業(yè)碳中和路線圖》中明確指出，2030 年后水泥減碳的重點(diǎn)在于二氧化碳的工藝排放。要將CF降到0.53，32.5 復(fù)合水泥用量占比提高到45%，LCC和SCM用量占比提高到10%，這樣將可再減少二氧化碳的工藝排放約100 kgCO2/t水泥，對(duì)水泥工業(yè)碳中和的高質(zhì)量實(shí)現(xiàn)具有決定性的作用。

得悉德國(guó)最新的上述動(dòng)態(tài)后，確實(shí)再一次給我國(guó)極大的啟迪和鼓勵(lì)。筆者深刻體驗(yàn)到，即使在我國(guó)盡快恢復(fù)P·C 32.5水泥標(biāo)準(zhǔn)的條件下，我國(guó)水泥工業(yè)遲早也會(huì)面對(duì)德國(guó)現(xiàn)今的局面的。他們現(xiàn)今所采取的應(yīng)對(duì)之策，非常值得我國(guó)學(xué)習(xí)借鑒。這就更增強(qiáng)了本人堅(jiān)決建議我國(guó)早日恢復(fù)P·C 32.5 水泥標(biāo)準(zhǔn)的信心和決心。甚至可以說(shuō)，恢復(fù)P·C 32.5水泥標(biāo)準(zhǔn)是我國(guó)水泥工業(yè)圓滿實(shí)現(xiàn)碳中和不可或缺的必要措施。老夫這個(gè)發(fā)自心底的呼吁乃良苦之心，肺腑之言，應(yīng)舉之義也！懇請(qǐng)國(guó)家主管部門(mén)和水泥標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)理解支持。