一文看懂水泥工业碳减排技术路径

自“3060双碳”目标提出以后，减碳已成为当下全行业共识。水泥行业作为碳排放的大户在碳达峰方面责任重大。

资料显示，水泥行业作为国民经济的重要基础产业，全球范围内，水泥行业贡献了碳排放总量的7%。而我国每年生产全球近六成的水泥，水泥行业碳排放量也将近全球水泥产业碳排放总量的一半。国内水泥行业减排压力严竣，任务艰巨。

值得庆幸的是，当前业内不少专家、企业等不断研究碳减排、碳中和技术，为我国水泥行业的碳减排提供了有力的技术支持。

笔者就目前业内普遍应用的碳减排技术进行了粗略整理：

1、使用替代燃料，降低化石燃料

水泥工业的碳排放主要来源于水泥熟料的生产过程。资料显示，生产1t熟料需0.161～0.296t煤，煤燃烧会产生0.383～0.704tC0₂，加上生成熟料时碳酸钙分解产生的C0₂，每生产1t水泥熟料会排放0.894～1.215tC0₂。

水泥生产过程中可以使用替代燃料来减少CO₂的排放，业内人士表示，替代燃料是更优先、更具成本效益的手段，到2050年可推动行业约10%的碳减排。而废弃物是更好的潜在碳减排资源。一方面有机废弃物可作为燃料，另一方面固体废弃物可代替熟料，减少石灰石的使用，从而进一步减少生产过程中的碳排放。同时，废弃物利用在我国有着政策利好、供应量相对持续、垃圾分类状况不断改善三方面支撑。

2、碳捕获、利用与封存技术CCUS

碳捕集、利用与封存（Carbon Capture, Utilization and Storage，简称CCUS），即把生产过程中排放的二氧化碳进行提纯，继而投入到新的生产过程中进行循环再利用或封存。长期以来，CCUS一直被认为是减少化石能发电和工业过程中二氧化碳排放的关键技术。CCUS技术是CCS（Carbon Capture and Storage，碳捕获与封存）技术新的发展趋势, 与CCS相比，可以将二氧化碳资源化，能产生经济效益，更具有现实操作性。

2018年10月31日，由海螺建设的世界首条水泥窑烟气二氧化碳捕集纯化环保示范项目成功投运，首开碳捕捉利用实现产业化的先河。

3、新能源技术的应用

利用厂区空地布局光伏发电、储能等业务，实现电力自给。海螺水泥多个生产基地开展建设光伏项目，如分宜海螺、英德海螺等等，截至2020年装机量130MW，累计发电量2.79亿度。塔牌水泥拟投资13亿元建设分布式光伏发电储能一体化项目，装机规模220MWp（兆瓦），建成后每年可减少约14.28万吨CO₂排放。

4、优化调整水泥产品原材料结构，减少熟料用量

湖南省工信厅原材料处二级调研员 湖南省硅酸盐学会副理事长丁美荣曾表示，减少熟料用量与用混合材替代部分熟料是水泥混凝土工业发展趋势，也是提高建筑物寿命和水泥混凝土工业健康及低碳发展的必然选择。我国水泥中熟料系数为0.678, 若降到0.55，以出厂水泥计，碳排放可减少18%。

5、发展低碳胶凝材料

据了解，目前低碳胶凝材料主要有低钙水泥、低熟料水泥和碱激发材料等。低钙水泥体系主要有高贝利特硅酸盐水泥、硫（铁）铝酸盐水泥等。

其中，已有研究机构表明以高贝利特硫铝酸盐水泥为基础的低钙水泥，具有和硅酸盐水泥相近的性能，同时二氧化碳排放量降低25%左右。硫（铁）铝酸盐水泥它的熟料烧成过程中自身碳酸盐分解直接排放的CO₂要比硅酸盐水泥约低40%，同等工艺条件下，燃料燃烧直接排放的CO₂要比硅酸盐水泥约低30%，水泥CO₂减排约35%；碱激发材料是指不用或使用少量水泥熟料，主要由铝质或硅质固体原料（如粒化高炉矿渣、粉煤灰、火山灰、钢渣等）和碱激发剂，按比例直接混合磨细而成的具有一定水硬性的胶凝材料。相比硅酸盐水泥，碱激发材料的CO₂排放降低了约80%。

6、通过节能减排技术进步和应用推广实现减排目标

节能减排技术推进和应用推广方面，水泥企业可以通过不断提升改造生产线，提升能效实现减碳排放，其中包括高效粉磨技术推广（辊压机终粉磨技术），高效低阻旋风预热器、高能效分解炉及第四代冷却机技术装备的使用等等。相关研究结果显示，该路径从每吨熟料热耗、电耗方面，可帮助水泥行业降低约20%的碳排放。

碳达峰和碳中和是一场世界级的绿色革命洪流，对水泥行业而言，是实现绿色低碳可持续发展的关键。在要求提前碳达峰，实现碳中和的过程中，水泥行业要坚持以碳减排和降污染为重点，发挥技术性减碳的优势，不断创新研发低碳技术、产品，实现水泥行业的高质量发展。