水泥企业碳足迹初探

李晓鹏 孙晓峰 李 键（中国轻工业清洁生产中心，北京100089）

1 引言

水泥是国民经济建设的重要基础原材料，目前国内外尚无一种材料可以代替它的地位。作为国民经济的重要基础产业，水泥工业已经成为国民经济社会发展水平和综合实力的重要标准。然而，作为传统的工业，水泥产品有着显著的“两高一资”生产工艺特性。水泥工业传统的发展和生产模式，使得资源、能源都难以为续，对生态环境也造成了极为不利的影响。2009年我国水泥产量达16.3亿吨，产量占全球总产量的50%[1]以上，充分说明了中国是世界上最大的水泥生产国。近年来，随着水泥行业加快联合重组步伐，产业的集中度有了明显的提高，产能过剩也得到了有效抑制。然而，水泥工业作为能源和资源消耗密集型产业，仍然消耗大量不可再生资源和能源，并排放大量二氧化碳。目前，国外许多国家都开展了产品的碳足迹研究工作，德、英、韩、日等国家还开展了低碳产品的认证。国家环保部在未来工作中针对温室气体排放重点行业还提出了低碳产品及产品碳足迹认证的要求。因此，详细了解水泥企业的碳足迹，了解其不同生命周期阶段的温室气体排放情况，对我国水泥行业的可持续发展有着重要意义。

2 研究方法

本文选择我国典型的水泥生产企业作为研究对象，基于生命周期评价（Life Cycle Assessment ，LCA）方法，并参照PAS 2050标准，对该企业水泥制品在生产、运输、使用和报废处理的生命周期过程中排放的各种温室气体（即产品的碳足迹）进行分析和量化。前者为研究提供了可行的量化方法学，后者则为研究产品碳足迹提供了可参考的规范。

生命周期评价法（Life Cycle Assessment，LCA）是根据ISO14040-14043制定的一种有效的环境管理工具。它包括对产品从“摇篮—坟墓”整个生命周期过程的能量和物质进行分析，从而达到对产品生命周期的环境影响进行评价，对产品及其生产工艺提出改善建议[2]。PAS 2050标准同样是基于生命周期评价方法，对产品生命周期内的温室气体（GHG）排放做量化规定。宗旨是帮助企业在管理自身生产过程中所形成的GHG排放量的同时，寻找在产品设计、生产和供应等过程中降低温室气体排放的机会，帮助企业降低产品或服务的二氧化碳排放量，最终开发出更小碳足迹的新产品[3]。

3 水泥产品碳足迹研究

3.1 目标和范围的确定

本研究的目标是根据所研究企业水泥生产所消耗资源、能源及排放的废弃物的数据计算其温室气体排放状况。结合水泥的生产工艺特点，以及调研数据的数据质量，可以得出水泥生产中绝大部分的资源、能源投入及废弃物排放都来自生料粉磨、熟料煅烧及水泥粉磨三个阶段。鉴于此，本次研究将考察的系统边界设定为从“摇篮—大门”（B2B）的范围来考察，即从生料制备、熟料煅烧到水泥粉磨三个阶段。为了使研究结果更有参照性，该研究还参考了相关产品种类规范（PCR）中水泥产品PCR中核心过程的内容[4]，将考虑三个生命周期阶段中内部运输、产品生产、设备维护以及成品半成品的包装过程。系统边界图如图1所示。

根据所研究企业产品特点，以及水泥产品PCR要求，本研究以PO42.5作为参考基准，即选取1吨28天抗压强度为42.5MPa的425#普通硅酸盐水泥所具有的使用性能为一个功能单元。

水泥行业会造成大量CO2的排放主要有两方面的原因[5]。一是水泥熟料煅烧主要是用煤作燃料；第二个重要原因是水泥行业采用石灰石作为主要原料。通过对GHG排放源的核查发现，水泥行业最主要的直接排放也源于此。由于没有完善的监测机制，排放源CO2的排放数据需要采用一定的估算方法予以估算，参考吴红水泥工业环境负荷分析[6]，排放按下列公式计算：

1) 化石能源燃烧的CO2排放量计算

E=3.67Fqka

式中：E—CO2的排放量（kg）

F—燃料的消耗量(kg)

Q—燃料发热量(MJ/ kg)

k—燃料的碳排放系数

a—燃料的碳氧化率

其中各物理量的取值如表1所示。

表1 我国化石燃料的碳排放系数和碳氧化率

图1 典型水泥企业碳足迹研究系统边界

3.2 数据的收集及计算

2) 水泥生产过程中原料石灰石的煅烧产生大量的CO2，其化学反应见式：

CaCO3→ CaO + CO2

石灰石含量按96%估算，1Kg分解生成约0.54 kg的CaO，同时生成0.42 kg的CO2。

最后得CO2排放量的估算公式为：

CO2排放量=石灰石消耗量×CaCO3含量×CO2分子量/CaCO3分子量+E

在系统边界内，对调研所得数据进行清单分析，将其转化为生产一个单位的产品所消耗的资源能源及排放的废弃物数量。由于电力本身有很复杂的工序过程，需要将其看做初期能源生产来处理，其本身具有系统的生命周期评价研究，计算时需要将其转化为基础的原料、能源消耗及排放清单参与计算，本文根据所研究企业的地理位置采用国家发展改革委应对气候变化司2009年7月3日公布的华北区域电网的排放系数893.55kgCO2/MWh[7]。因此，生命周期清单包括初级能源生产及水泥生产过程两部分，具体如表2所示。

表2 典型水泥企业生产的温室气体排放清单

可以看到，水泥生产过程中造成的主要温室气体是CO2气体的排放。

3) 碳足迹的计算

根据结合联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）中最新的全球增温潜势（GWP）可知CO2的增温潜势为1[8]。由水泥生产不同生命周期阶段CO2排放量，并采取当量模型计算出该企业1吨水泥产品的碳足迹为0.614吨CO2当量。

4 结论与建议

对典型水泥企业碳足迹的研究结果表明，水泥生命周期阶段中温室气体排放的主要阶段为水泥产品生产过程，这主要是由燃料的燃烧及石灰石的煅烧造成的。因此，减少水泥行业对气候变化的贡献应首先从这两个方面考虑。目前，国内外不乏对水泥行业温室气体减排的研究。其中通过节能改造，提高节能升级工作，加快对落后水泥企业的淘汰与兼并，研制低碳发展技术，通过技术创新减少生产过程中的CO2排放都将成为水泥行业应对气候变化、保护生态环境的有效举措。

[1]刘明.促进中国水泥工业的地毯经济发展. http：//www.cnsb.cn

[2]杨建新,徐成,王如松.产品生命周期评价方法及应用. 气象出版社[M], 2002

[3]中国标准化研究院.产品和服务在生命周期内的温室气体排放评价规范及使用指南.中国计量出版社[S],2009

[4]PCR for Cement. http：//www.environdec.com/

[5]水泥工业发展低碳经济的时机已经到来.中国水泥网.http：//www.chinacements.com

[6]吴红,崔素萍,王志宏.中国水泥工业环境负荷分析.环境负荷评价[J],2007.

[7]WBCSD水泥持续发展倡议CO2排放协议（2.0）http：//www.ghgprotocol.org/calculation-tools/all-tools

[8] IPCC 2007. http：//www.ipcc-nggip.iges.or.jp/public.