全球首个水泥行业碳减排路线图发布

全球首个水泥行业碳减排路线图发布

水泥生产中排放的二氧化碳占人类活动制造的二氧化碳总量的5%。从2002年开始，CSI成员已经在衡量、报告、减少碳排放方面取得了很大进展，并将这些成就与全球水泥行业共同分享。本技术路线图在这些成就的基础上，合乎逻辑地描述了抵抗环境变化的有效方法，并勾画出一个在水泥行业可行的路径，以期最终实现2050年全球二氧化碳排放量减少一半的宏伟目标。

混凝土是现代人类社会所有基础设施建设所必需的材料，而水泥则是混凝土中最基本的粘合材料。在人类社会消耗的所有材料中，混凝土的用量仅次于水的用量。水泥生产过程中不可避免地产生了二氧化碳，水泥生产中排放的二氧化碳占人类活动制造的二氧化碳总量的5%。据USGS统计显示，2006年全球水泥消费量为25.5亿吨，2008年进一步增长至28.57亿吨。而且，可以预计，随着现代化进程的加速和经济的不断增长，全世界——特别是发展中国家——水泥和混凝土的需求量将持续增长。预计到2050年，全球水泥消费量将增加至44.0亿吨，即使是根据最保守的估计，全球水泥消费量也将增至36.9亿吨。而且未来几十年内，人类可能无法找到可以替代水泥的建筑材料。

近年来，水泥行业减排工作出现可喜迹象：碳排放量并未随水泥产量同比增长，2000～2006年，全世界水泥产量增长了54%，而据IEA统计，二氧化碳排放量大约增长了42%（560Mt）至1.88Gt。但是，如果水泥需求增长的速度超过二氧化碳排放减少的速度，碳排放总量将继续上升。

目前已经有数家机构对水泥行业碳减排可能性进行了深入研究，他们基本一致同意水泥行业减少碳排放的途径主要有以下四种：

1.提高热电效率

2.采用替代燃料

3.采用更多熟料替代物

4.碳捕捉和封存技术

这四种手段不是独立的，它们之间可相互影响。此外，世界上许多机构正在努力研究低碳水泥，但是这些新产品仍处在前期试验阶段，至于能否大规模推广目前尚不能确定。

1 提高能源效率

在水泥行业四种碳减排手段中，只有提高能源效率是行业自身推动的，其他三种手段很大程度上要依靠政策和法律推动。

水泥生产商建设新水泥生产线时一般都会采用最先进，同时也最节能的生产技术，因此，随着水泥技术的进步和对旧生产线的改造，水泥生产中的能效也不断提高。市场竞争压力迫使水泥生产商淘汰立窑、湿法窑等落后生产工艺。现在最先进的水泥生产工艺是新型干法水泥生产工艺，据CSI的统计报告GNR（Getting the Numbers Right，2006年CSI对其18个成员遍布全球的800家水泥厂所做的统计研究）显示，1990年，这类窑型吨熟料平均热耗为3605 MJ/Tonne，2006年，吨熟料平均热耗为3382 MJ/Tonne，16年间吨熟料热耗下降了6个百分点。电耗方面，2006年，世界上电耗控制最好的10%的水泥企业可以将吨水泥电耗控制在89KWh/Tonne以内，剩余的90%的水泥企业的吨水泥电耗则在130 KWh左右，世界范围内平均来看，吨水泥电耗为111KWh。

理论上，水泥生产中的最小吨熟料热耗为1.6～1.85GJ，然而受实际技术条件的限制，这是无法实现的。同时，在降低热耗和电耗方面，水泥行业还面临着其他方面的挑战：（1）新生产技术需要很高的成本投入；（2）更高的环境要求可能增加能耗，如粉尘排放限制就需要消耗更多能量以分离、收集粉尘；（3）对高性能水泥的需求将消耗更多能量用于水泥粉磨过程；（4）普遍认为，碳捕捉和碳封存技术虽然可以减少二氧化碳排放，却会增加能源消耗。（5）其他减排手段——如熟料替代物的采用也可增加能耗。

流化床工艺是提高热效的有效方法，目前已在其他行业广泛使用，目前还未证明该技术是否能在水泥行业大规模推广。目前，我们还不知道其他大幅度提高热电效率的方法。水泥行业在不断研究可以降低电耗的新型粉磨设备和外加剂。这些技术需要持续的研发投入以达到效率最大化。需要注意，能效的提高是伴随着新水泥窑技术进步而发展的，并不是单独的技术。

2 采用替代燃料

可以用产碳量少的其他矿物燃料（如天然气）和生物质燃料替代常规燃料（如煤炭和石油焦），替代燃料产生的二氧化碳可较煤炭减少20%～25%。替代材料可适用于水泥窑，原因有二：其一，替代材料的能量组分可以代替常规矿物燃料的能量组分；其二，替代燃料的无机组分，如粉尘，可以用于熟料生产。

水泥工业可用的典型替代燃料有：预处理过的工业固体废弃物和城市生活垃圾，废旧轮胎，废油及其溶液，塑料、纺织品和废纸，生物质能燃料。其中生物质能燃料包括：骨粉饲料、木料、木块和碎木屑，废旧木材和废纸，农业残余物，如米糠、锯末，污水污泥，以及农作物秸秆。

2006年的GNR报告显示，CSI成员下属水泥厂使用的生物质燃料占总燃料的3%，其他矿物质燃料占7%，而常规燃料（主要是煤炭）已然高达90%。技术上讲，替代燃料的使用率可以达到更高水平。在某些欧洲国家，水泥行业燃料平均替代率超过50%，个别水泥厂甚至达到98%。燃料产生的二氧化碳占水泥厂碳排放总量的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。

尽管在技术方面，水泥厂可以100%使用替代燃料，但是由于替代燃料种类繁多，物理和化学性质各异，在使用之前需要预先处理以使其充分混合、易于燃烧。此外，替代燃料的推广还面临着更多经济和政治限制：（1）废弃物管理法规，只有政策严控废物填埋或垃圾焚烧，倡导垃圾分类，水泥厂替代燃料使用率才会大幅提高；（2）地方需有足够的垃圾回收网络；（3）替代燃料成本可能会随碳成本升高，水泥行业可能无法获取大量生物质燃料；（4） 尽管管理良好的水泥厂使用替代燃料时和不使用时，排放水平相当，人们还是可能担心使用替代燃料会排放有害物质。（5）对替代燃料的预处理很可能会增加热能消耗。

GNR数据地理学分析显示，2006年，欧洲水泥厂替代燃料占燃料总量的20%（15%为矿物燃料，5%为生物质燃料）；北美、日本、澳大利亚和新西兰水泥行业所用燃料中有11%来自于废弃物；拉丁美洲的燃料替代率为10%；而在这方面刚刚起步的亚洲，燃料替代率只有4%。在非洲、中东和独联体国家的水泥行业，替代燃料的使用比例还很小。

替代燃料的使用取决于当地工业类型、废弃物处理立法水平、管理体制和实施力度、废弃物收集基础设施等条件的限制。预计到2030年，发达国家水泥行业的燃料替代率将从现在的16%上升至40%～60%，并在2050年前一直稳定在这一水平；而发展中国家燃料替代率2030年将达到10%～20%，2050年可能进一步升至30%～35%。

3 熟料替代物

熟料是水泥的主要成分，与4%～5%的石膏混合粉磨后，可以与水反应并硬化。其他矿物质与熟料、石膏一起粉磨之后也具有水硬性，如高炉矿渣细粉（钢铁工业副产品），粉煤灰和天然火山物质。这些替代物的使用可以降低水泥中熟料的含量，从而降低二氧化碳的排放。

不同型号的水泥中熟料含量各不相同，普通波特兰水泥中的熟料含量可高达95%，但是熟料含量极高或极低的水泥只用于特殊地方。2006年的GNR数据显示，世界平均熟料含量为78%，这意味着当年全球24亿吨水泥总产量中，大约有5亿吨的熟料替代物。

主要熟料替代物及其产量

熟料替代物的推广限制主要有：（1）区域地理限制；（2）不断上升的价格；（3）熟料替代物的属性可能与水泥用途要求相悖；（4）普通硅酸盐水泥国家标准；（5）建筑承包商和用户对水泥替代物的使用与认可度。此外，熟料替代物的可用性受环境法规的影响很大。

4 碳捕捉与碳封存

碳捕捉和封存（CCS）是一种新技术，利用这种技术可以在二氧化碳排放之处将其收集起来并压缩成液体，并通过管道输送，将其永久封存在地底深处。该技术目前尚未在水泥行业大规模使用，但是它有良好的前景。水泥行业的二氧化碳排放主要发生在燃料燃烧和石灰石煅烧阶段，对于它们的捕捉需要特殊的、低成本、高效率的碳捕捉技术。

目前水泥行业已经开展了碳捕捉技术的研究。需要注意，只有整个碳捕捉链条——包括液碳的输送、合适的封存地点等——可以运行的时候，碳捕捉才有意义。

从技术角度来讲，2020年之前，水泥行业碳捕捉技术可能无法达到商业运用的水平。在此之前，需要进行大量的研究和测试。预计2015～2020年间，全球范围内或将有数个大型碳捕捉项目投入使用，如果按10～20个日产6000吨大型水泥窑碳、捕捉效率为80%来算，每年将减少二氧化碳排放25～30Mt。如果有适当的政策支持，预计2020年后，碳捕捉和封存技术可以投入商业使用。

碳捕捉技术的推广除受技术水平制约之外，还受到成本的制约。尽管随着科技的发展，碳捕捉成本约逐渐降低，但是预计每捕捉1吨二氧化碳，需要成本20～75欧元（只有在条件极为成熟时，才可以使成本降至20欧元）。此外，碳捕捉技术的推广还需要公众的支持：（1）政策支持和政府激励；（2）企业所有者的配合；（3）附近居民的同意；（4）政府和行业的共同推广与宣传。

政策支持

如果没有政策的支持与引导，本路线图所提供的减排措施将很难推广下去。为此，政府需要：

（1）鼓励新建和改造水泥窑采用最新的、能效最高的技术；

（2）鼓励并推动替代燃料的使用；

（3）鼓励并推进熟料替代物的使用；

（4）推动碳捕捉和封存技术的研究;

（5）确保达成国际层面的、可预测、目标性、稳定的二氧化碳限排和能源框架；

（6）鼓励科技研发，鼓励创新；

（7）鼓励新减排技术的国际合作以及公众、私人的参与。

碳减排进程表

为促进减排技术的发展，本路线图制订了水泥行业减排进程表。需要注意，由于科技发展速度各有不同且碳减排措施的实行力度不可预测，制作出这样的进程表十分困难。尤其是，受现有科技条件的限制，有关碳捕捉和封存技术的数据非常模糊。但是，它将有助于推动技术的进步和政策的制定。减排进程表指示了，为达到设定的碳减排目标，水泥行业在每个阶段需要怎么做。

碳减排路线图

2006年，全球水泥行业碳排放量约为1.88Gt，如不采取任何措施，随着全球水泥产量的不断增长，预计2050年这一数据将上升至（最少）2.34Gt。如果充分采用文中提及的四种碳减排手段，2050年，水泥行业或许能将碳排放总量控制在1.55Gt，在2006年碳排放的基础上下降18%。到2050年，四种手段对碳减排的贡献率分别为：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%。

水泥行业减排进程表