碳达峰碳中和形势下石膏建材的发展趋势

2021-12-26杨再银

硫酸工业 2021年8期

杨再银

（建筑材料工业技术情报研究所，北京 100024）

碳达峰碳中和理念发端于2016年4月签订的《巴黎协定》，现已成为国际共识，也是我国“十四五”期间乃至更长时间内的重要政策导向。碳达峰是指一个组织或一个国家在某一个时点，二氧化碳的排放不再增长达到峰值，之后便逐步回落。碳中和是指一个组织或一个国家在一定时间内，直接或间接产生的温室气体排放总量，通过植树造林、节能减排等途径中和自身产生的二氧化碳排放，实现二氧化碳的“零排放”。

目前中国是世界最大的碳排放国，碳排放总量在2008年首次超过美国，2019年已接近美国的2倍，占全球总碳排放的27.2%，超过美国和欧盟的总和。人均碳排放量已超过欧盟，排名全球第二[1]。2020年9月22日，中国政府提出“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”。探讨碳达峰碳中和形势下石膏建材的发展趋势对我国石膏建材可持续发展有重要意义。

1 我国建筑材料行业碳排放现状

经中国建筑材料联合会初步核算，2020年我国建筑材料工业二氧化碳排放量为14.8亿t，同比增长2.7%。建筑材料工业万元工业增加值二氧化碳排放量同比上升0.2%，比2005年下降73.8%。此外，2020年建筑材料工业电力消耗间接折算二氧化碳当量约1.7亿t。

根据国家统计局数据，2020年我国水泥产量为23.77亿t，同比增长1.6%。经中国建筑材料联合会核算，水泥工业二氧化碳排放量为12.3亿t，同比增长1.8%。此外，水泥工业的电力消耗间接折算二氧化碳当量约89.55 Mt。

2020年我国石灰工业二氧化碳排放量为1.2亿t，同比增长14.3%。此外，石灰石膏工业的电力消耗间接折算二氧化碳当量约3.14 Mt。

我国石膏与水泥、石灰同属胶凝材料，但在生产过程中排放的二氧化碳量和能耗相差却很大。从理论上讲，石膏、石灰、水泥3种胶凝材料都是吸热反应，在生产过程中都会消耗大量煤、电等能源，同时不同程度地排放出二氧化碳。

2020年我国工业副产石膏排放量约2亿t，其中磷石膏产生量为74 Mt，同比下降2.6%；火电厂脱硫石膏排放量约为78 Mt，钛石膏的排放量位居第三位，约为28 Mt[2]。

2 3种胶凝材料的二氧化碳排放

水泥、石灰和石膏3种胶凝材料生产中二氧化碳排放量各不相同，差距也很大。煅烧1 t石灰约产生二氧化碳0.8 t，煅烧1 t水泥熟料产生二氧化碳0.8~0.9 t，而煅烧1 t建筑石膏只产生二氧化碳0.10~0.21 t[3]。在电耗上，石膏材料是水泥熟料的1/4；石灰大部分不粉磨，生产工艺简单，故电耗也较低。3种胶凝材料中石膏胶凝材料是最节能的一种材料。

2015年以来，受水泥产品结构变化等因素影响，全行业二氧化碳排放量呈连续增长态势。目前，水泥行业二氧化碳排放占全行业碳排放总量84.3%，其中燃料燃烧二氧化碳排放占全行业燃料燃烧二氧化碳排放总量的75.5%，生产过程二氧化碳排放占全行业生产过程二氧化碳排放总量的89.9%。水泥行业成为建筑材料工业全面实现碳达峰的关键产业。

通过对石灰、石膏、水泥3种胶凝材料能耗、二氧化碳排放的分析，石膏建材是能耗和二氧化碳排放最低的。石膏是一种绿色环保的胶凝材料，也是一种低碳经济的产品。

在今后我国的经济发展中，在节能减排的巨大压力下，二氧化碳减排任务非常艰巨，低碳经济产品将会更有发展前景和竞争力。

水泥在基础建设中是非常重要的、不可替代的，但又是一种高耗能、高排放的建材产品。在这样的情况下，应该充分地发挥石膏建材的优势和特点，在建筑过程中大力发展和推广石膏建筑材料。在可替代领域，尽可能使用石膏建材而非不假思索地选择水泥，如用石膏砌块，石膏条板，石膏砂浆等产品替代掺有水泥的GRC板、水泥抹灰、水泥基自流平砂浆和其他水泥胶结材料等。石膏是一种绿色环保的胶凝材料，是一种低碳经济的建材产品，也是绿色经济大背景下水泥的优秀替代品。

国家实施低碳经济，符合国际节能减排保护环境的大趋势，同时也给石膏材料工业带来发展的机会和商机。从事石膏研究开发生产的单位和企业应重视低碳经济进展，关注国家实行低碳经济政策，研究开发低碳的石膏产品，做好应对措施，抓住机遇，推动石膏产业更好更快地发展。

3 国外对石膏建材的利用现状

美国是世界最大的石膏生产和消费国，2015年石膏总产量约为37.8 Mt，天然石膏产量约为20 Mt，其中90%用于生产纸面石膏板和石膏制品，其余用于生产水泥缓凝剂和农业等。我国正好相反，我国的石膏大多用于水泥中作为缓凝剂，产品附加值低。自2010年以来，美国工业副产石膏一直处于增长状态，2015年后美国脱硫石膏产量达到20 Mt以上，供大于求。因此美国企业大力开拓石膏新的应用领域，如石膏纤维板、石膏基自流平砂浆及作为钢结构的防火被覆层等新型产品。

欧洲目前的石膏工业增长率甚至高于北美。纸面石膏板在欧洲发展也很快，尽管欧洲的石膏板工厂平均产量只有2.9×107m2/a，但由于政府严格推进建筑节能，促进了石膏板的消费，所有工厂的生产能力利用系数都高于80%。欧盟对脱硫石膏有着严格的质量控制，明确了脱硫石膏是不必再加工而可直接用于工业生产的副产品，并建立了使用脱硫石膏的申报制度，使其被大量用来替代天然石膏生产建材产品。目前欧洲天然石膏与脱硫石膏年耗用量之比大致是47∶53。此外，欧洲等发达国家在自流平砂浆领域和抹灰砂浆领域也大量采用石膏砂浆，产品性能稳定，绿色环保，经济效益很高，对我国的石膏基自流平砂浆和石膏抹灰砂浆发展具有重要的借鉴作用。

日本天然石膏的储量小、质量差，利用副产石膏的积极性很大。日本的石膏产业呈现专业化、规模化的趋势。日本石膏板产品的种类齐全，近年来装饰石膏板、防潮石膏板、强化石膏板和硬质石膏板等发展迅速，同时石膏板的厚度也逐渐增厚，2016年后日本12.5 mm及以上厚度的石膏板占总产量的70%。日本自1985年起停止了天然石膏的开采，磷石膏、脱硫石膏等副产石膏成为了石膏产业的主要原料。近年来随着日本磷肥产量的下降，脱硫石膏占石膏原料的比例增加，不足部分通过进口石膏补充，并进行产品出口。日本在环保方面形成了严格完善的法规体系，所有磷肥厂在新建厂之前必须要在附近建设好磷石膏综合利用生产线，废弃物综合利用优先，杜绝先污染后治理。日本磷肥企业内部也没有磷石膏堆场，新产生的磷石膏同步通过输送管道运送到石膏厂，经水洗除杂的等工艺处理后直接用来生产纸面石膏板等产品。这些措施对于处理我国长江流域的磷石膏堆积问题有很好的指导和借鉴意义。

该方法还具有良好的特异性，与牛乳中常见的其他小分子物质无交叉反应。不同人员采用笔者所建立的方法检测氟甲喹加标牛乳样品，灵敏度无显著差异，说明该方法具有良好的稳定性。金标记生物膜干涉检测技术具有良好的抗干扰能力，不同的样品基质对于检测的灵敏性的干扰并不明显，检测不同牛乳中氯霉素的灵敏性均达到2.0 ng/mL。

4 石膏建材产品的发展前景

目前石膏建材的产品种类很多，但以纸面石膏板、抹灰砂浆、石膏基自流平砂浆和石膏条板等为主。随着近年来绿色建材概念和装配式建筑的兴起，石膏建材的发展很快，兴起了一股石膏砂浆和装配式墙板热潮，石膏板隔墙市场渗透率有望得到进一步提升。

在我国家居装修中，石膏板广泛应用于吊顶装饰，但在隔墙装饰材料中应用尚少，目前国内的墙体材料主要使用黏土砖。随着装配式建筑发展不断推进，石膏板在家装隔墙领域也有望迎来新的机遇。当前，法国、美国、日本等国的建筑工业化率在70%~80%，而我国建筑工业化率仅有5%。相比于发达国家，我国装配式建筑的市场占有率低，仍处于起步发展阶段。住建部发布的《“十三五”装配式建筑行动方案》明确，到2020年，全国装配式建筑占新建建筑的比例达到15%以上，其中重点推进地区达到20%以上，积极推进地区达到15%以上，鼓励推进地区达到10%以上。2016年该比例仅为4.9%，未来增长空间巨大。

石膏砂浆由于施工快捷简单、绿色环保，兼具保温、防火等优秀性能，广泛受到建筑用户、施工单位、政府主管部门的支持与认可，备受市场青睐。进入21世纪以来，抹灰石膏砂浆和自流平石膏砂浆的研究、生产、应用技术已趋于完善，但是受制于水泥砂浆的低价竞争，在2013年以前石膏砂浆发展速度非常缓慢。2013年以后随着机械喷涂抹灰石膏的发展，抹灰石膏砂浆因其优异的施工性能，以及不空鼓、不开裂的特性，开始被施工人员和房地产开发商接受，抹灰石膏砂浆在我国进入了较快速的发展阶段。尤其是近10年的发展，国内抹灰石膏的用量已得到了非常快速的增长，2019年我国抹灰石膏的用量已达到4.5 Mt，近两年抹灰石膏的年平均增长率为28.5%。在房地产行业发展放缓及一些传统建筑材料增速普遍减慢的大背景下，抹灰石膏有着非常好的表现。

石膏基自流平砂浆作为地面找平层具有其他材料无法比拟的优点，因此其市场前景广阔。目前，国内已有商品住宅工程实际应用石膏基自流平砂浆。我国石膏基自流平砂浆生产商从2017年的不足10家已发展到了百余家。整个行业增长趋势迅猛，山东、江苏等地市场表现突出，市场接受度及使用情况良好。2016年我国石膏基自流平砂浆销量不到20 kt，而在2018年开始爆发式增长，2020年石膏基自流平砂浆产量已超过1 Mt。

根据国家统计局的数据，我国2019年住宅房屋竣工面积1.551×109m2，假设北方住宅面积占50%，若其中50%的地面采用石膏基自流平砂浆，需求量按70 kg/ m2估算，每年就有约27 Mt的石膏基自流平砂浆市场需求量。

在我国建材市场上所有石膏产品中，石膏基自流平砂浆是唯一一个没有大规模产业化生产的产品，石膏基自流平砂浆作为替代水泥砂浆和细石混凝土的重要产品，是石膏行业关注的热点和未来发展的重点产品之一。

5 石膏建材行业发展建议

从“十二五”时期开始，国家各部门和全国各省市就陆续颁布了多项引导绿色产业发展、促进传统经济向低碳节能经济转型的政策。2021年2月22日国务院发布《关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见》，指出到2025年，产业结构、能源结构、运输结构明显优化，绿色产业比重显著提升，基础设施绿色化水平不断提高，清洁生产水平持续提高，生产生活方式绿色转型成效显著，能源资源配置更加合理、利用效率大幅提高，主要污染物排放总量持续减少，碳排放强度明显降低，生态环境持续改善。

采用工业副产石膏生产建筑石膏粉原料，进而降低建筑物中水泥和石灰用量，是一条行之有效的固废规模化利用途径，同时也是减少二氧化碳排放、促进碳达峰碳中和工作的有效措施。从长远来看，以工业副产石膏为原料生产高性能石膏胶凝材料，完全符合国家环境保护及循环经济产业政策，具有广阔的发展前景。但受传统建筑结构及建材使用习惯、资源分布不均、优质资源匮乏、传统天然石膏建材附加值和品味低、装配式建筑发展滞后等因素影响，我国石膏使用在建材领域比例远低于欧美发达国家，日本和西欧发达国家的水泥和石膏用量比是6∶1，而我国则为70∶1。

目前我国工业副产石膏的累积堆存量已超过8亿t，并以每年新增2亿t的速度持续增长。工业副产石膏的大量堆存，既占用土地又浪费资源，其中含有的酸性及其他有害物质若处置不当将会对周边水系、土壤及环境造成污染。工业副产石膏的大量堆存不仅掣肘长江经济带的良性发展，更成为我国燃煤发电和磷肥等相关行业可持续发展最重要的制约因素。因此，大力发展石膏建材，降低温室气体排放，推动建材行业早日实现碳达峰迫在眉睫。