[专题]全球主要国家水泥行业碳中和路线 ——产业链协同减碳 静待技术突破

目前，已经有超过77个国家承诺到2050年实现净零排放。根据国际能源署，全球范围内，水泥是第三大能源消耗行业，碳排放量占总排放量的约7%。为达到巴黎协定制定的目标，国际能源署因此制定了水泥行业低碳转型的技术路线图，全国主要国家、行业协会也纷纷发布了或将制定水泥行业的碳中和路线。根据麦肯锡的报告，水泥行业是二氧化碳排放的主要来源，也是单位收入产生的排放量最多的，一美元水泥收入将排放二氧化碳达到6.9kg，是钢铁的约5倍之多。麦肯锡的研究认为，到2050年二氧化碳排放量将减少75%。然而，只有一小部分(约20%)将来自运营进步，而其余部分将需要来自技术创新等。

图1：一美元收入二氧化碳排放量（kg）

数据来源：麦肯锡《为零碳水泥奠定基础》、水泥大数据（https://data.ccement.com/）

一、欧洲

2020年，欧洲水泥协会发布了新的碳中和路线图，提出了到2050年实现水泥和混凝土价值链净零排放的雄心。到2030年达到《巴黎协定》设定的目标，水泥的二氧化碳排放量减少30%，价值链下游减少40%。为此，欧洲水泥协会提出了5C路线，即着眼于如何通过在价值链的每个阶段--熟料、水泥、混凝土、建筑和碳化。

a.德国：接近减排极限 亟需技术突破

德国的水泥行业以及整个混凝土价值链在寻求碳中和方面面临着重大挑战。自1990年以来，德国水泥制造商已经减少了20 - 25%的二氧化碳排放。除了热效率方面的改进，有两个因素对实现这一成功至关重要：首先，水泥中熟料含量的减少，其次替代燃料的使用增加。然而，水泥行业正在达到其进一步减少二氧化碳排放潜力的极限，特别是与熟料生产有关的工艺相关的二氧化碳排放不能通过使用传统方法来降低。除了用于熟料和水泥生产的部分新型二氧化碳高效原材料，以及混凝土制造和建筑方面的创新之外，该行业完全脱碳的努力将在很大程度上依赖于水泥厂的碳捕获及其随后的利用和存储(CCUS)。

德国的水泥行业非常清楚自己在水泥和混凝土脱碳方面必须承担的责任。与此同时，很明显，这个行业无法单独实现这一目标。这需要整个价值链的合作，从设备供应商和混凝土制造商到建筑行业、设计师和建筑师。另一个先决条件是建立一个有效的政策框架，确保一个公平的竞争环境，允许在德国生产具有竞争力的低碳和连续脱碳水泥和混凝土。同时，必须促进绿色产品的市场，考虑到这些产品往往比传统生产的产品贵得多。

具体到2050年水泥和混凝土减碳的途径，德国水泥协会提出了两种方案，旨在减少德国水泥行业及水泥和混凝土价值链的直接二氧化碳排放。

表1：德国水泥工业两种碳减排路线假想

数据来源：德国水泥协会（VDZ）、（https://data.ccement.com/）

方案一揭示了一个事实，即如果没有突破性技术，水泥和混凝土不可能完全脱碳。水泥厂的碳捕获及其后续的利用和存储(CCUS)将是水泥和混凝土脱碳的关键。在用尽了所有其他的二氧化碳排放手段之后，从2050年起，为了实现德国水泥工业的气候中和，每年将需要捕获大约1000万吨二氧化碳。

水泥和混凝土的减碳是基于一整套全面的措施，很大程度上也取决于绿色能源的供应。例如，由于碳捕集技术的广泛应用，生产熟料所需的电力将增加一倍以上。这使得可再生能源和高性能电网的可用性成为重要先决条件。对水泥工业来说，另一个特别重要的因素是能够长期获得足够数量的替代燃料。二氧化碳基础设施也至关重要--无论是对水泥和混凝土的减碳，还是对新CCUS价值链的发展。只有这样，才有可能确保二氧化碳在捕获后得到适当的利用或储存。在大多数情况下，需要解决如何将捕获的二氧化碳从水泥厂运输到目的地的问题，例如化学园区或炼油厂，甚至是北海的存储场所。尽管碳捕集对于水泥生产的减碳是必不可少的，但由于成本非常高，投入巨大，只有在所有其他减排方案都被充分利用后，才能采用这种方法。

b.英国：有望实现净负排放

自1990年以来，英国的水泥行业已经实现了53%的二氧化碳绝对减排--减碳速度比整个英国经济都要快。2018年，英国混凝土和水泥的二氧化碳排放量为730万吨，其中约440万吨来自熟料生产的过程排放，220万吨来自燃料燃烧，其余来自电力使用和运输。

英国的混凝土和水泥行业已经启动了到2050年实现净负增长的路线图，即每年从大气中去除的二氧化碳超过其排放的二氧化碳。为实现净零碳，需要通过脱碳电力、物流、燃料转换、更多地使用低碳水泥和混凝土以及水泥制造中的碳捕获、使用或存储(CCUS)等技术和手段。路线图计算了每种技术的潜力和可以实现的碳节约。CCUS技术对于实现零排放制造至关重要，根据路线图，CCUS技术将实现61%的碳减排。到2050年，通过使用中的混凝土吸收二氧化碳的能力，以及在建筑和结构中使用混凝土的保温性能来减少运营过程中的排放，将实现一个净负排放的行业。

表2：7种减排手段贡献

数据来源：英国矿产品协会（MPA）、（https://data.ccement.com/）

行业现在呼吁政府在2021年之前建立一个强有力的财政支持模式，包括为碳捕获的资本和运营成本提供支持。这将确保该技术能够被开发和应用，在2030年后具有投资收益性。

英国矿产品协会（MPA）首席执行官奈杰尔·杰克逊评论道：“我们已经在减少碳排放方面取得了重大进展，但对净零碳的挑战没有任何幻想。要实现这一目标，混凝土和水泥行业的生产、供应和使用的各个方面都需要大规模脱碳。单独的混凝土和水泥行业无法实现净零排放，我们只有在政府的协同支持下，以及在更广泛的建筑、能源和交通部门的重大变革下，才能实现净零排放。”

“重要的是，我们的路线图将不会抵消排放或离岸生产。我们认为，净零排放应该通过减少英国制造的建筑材料的排放来实现，而不是通过“碳泄漏”来实现，即英国的生产被进口产品取代，只是把排放责任转移到国外。目标应该是在确保英国承担其排放责任的同时，保留英国的就业机会和经济价值。”

c.其他

欧盟主要国家设定了2050年达到碳中和的目标，芬兰的目标是在2035年实现碳中和，之后迅速实现碳负。

二、美洲

加拿大：多种手段实现净零碳混凝土

加拿大政府和加拿大水泥协会(CAC)已经建立了合伙关系，以支持实现净零碳混凝土的路线图。该路线图将为加拿大水泥工业提供到2050年实现净零碳混凝土所需的技术、工具和政策指导，包括：

1.通过数据战略、行业标准、采购和推广，支持在加拿大发展低碳排放供应链；

2.跨部门和政府协调，加大对新技术、产品和流程等高潜力的研究和投资，以开发减少水泥和混凝土生产过程中的碳排放量；

3.与联邦、省、地区合作伙伴、制造商、清洁技术解决方案提供商以及其他利益相关方进行合作，以实现低碳水泥制造的全球领导地位，实现净零碳混凝土的目标。

实现国家实现净零碳混凝土路线图的目标，可能导致到2030年累计减少超过1500万吨温室气体排放，然后继续每年减少超过400万吨。

美国：2045年实现净零碳排放

加州和内华达州水泥协会(CNCA)发布了水泥行业碳中和路线图，表示到2045年将实现净零碳排放。CNCA的路线图概述了实现碳中性的三条主要途径：减少制造工艺排放；通过燃料转换减少燃烧排放；增加分布式发电。许多能够大幅减少水泥行业排放足迹的技术、燃料、材料和工艺已经存在。然而，法律、监管、许可、市场接受等障碍及成本挑战、供应限制和技术差距等因素均限制了其影响。该路线图详细阐述了每一种途径的关键减排战略，但2021年最直接、最具影响力的机遇是：

1.投资一项有前景且关键的长期技术--碳捕获、使用和存储(CCUS)；

2.通过转换低排放的燃料替代品，如工程废料和生物质，减少燃烧排放。

三、亚洲

印度：增长的水泥需求带来更大挑战

世界可持续发展工商理事会（WBCSD）分别于2013年和2018年发布了印度水泥行业低碳技术路线图报告。印度是世界第二大水泥生产国，快速的城市化、工业化，消费需求上升、外国投资资金流入等正推动着印度水泥行业经历着高速增长浪潮。截至2017年，印度水泥产能为4.1亿吨，到2025年预计将达到约6亿吨。印度水泥行业被全球公认为世界上能源效率最高的行业之一，很大的产量，使用的是低碳、节能的技术。印度大概99%的水泥产能使用干法制造，其中50%是在过去10年建成的。

2017年，印度水泥行业的直接碳排放强度为588kg/吨，与2010年相比下降了5%，提前三年实现了2020年减排的绩效目标。主要是依靠替代燃料使用的增加，熟料系数的减少和混合水泥产量的增加。印度水泥行业的热替代率从2010年的0.6%增加到2017年的3%。据报道，印度有60多家水泥厂持续使用替代燃料。生物质占替代燃料消耗总量的24%。2010年，混合水泥占印度水泥生产总量的68%。这在2017年增加到水泥总产量的73%，很大程度上是由于市场对混合水泥的日益接受，对可持续发展概念的日益认识，来自火力发电厂的粉煤灰的可用性和先进技术的使用。熟料系数从2010年的0.74降低至2017年的0.71。

与2010年相比，2017年的总碳排放排放强度下降至670 kg/吨，减少了6.8%。但行业仍需要做出重大努力，以实现2050年目标所要求的40%的减排。

在过去多年里，印度的水泥产量稳步增长，从2010年的217吨增加到2017年的280吨，这得益于该国的城市化和工业化，住房和商业地产需求的增长以及基础设施的发展。2017年印度人均水泥消费量约195公斤，这远远低于人均520公斤的世界平均水平，这意味着在满足未来未满足的需求方面存在着巨大的潜力。预计到2025年，印度的水泥产量将以6-7%的复合年增长率增长。水泥需求的增加给减少碳排放带来了更大的压力。

在向低碳未来过渡的过程中，该行业需要大量投资。印度水泥行业需要120亿至250亿美元的净累计额外投资成本，以实现减排目标。到2050年，水泥生产中的碳捕集技术将为印度累计增加410亿至520亿美元的投资需求。在对理论水泥工厂进行的技术经济研究中，报告的二氧化碳减排成本从约55-70美元/吨（富氧燃料技术）到约90-150美元/吨 （燃烧后捕获）不等，这取决于工厂规模且不包括二氧化碳的运输和储存。

其他：日韩同样2050年实现净零排放

日本首相菅义伟承诺，日本将在2050年前实现净零排放，并在此期间将现有的减排目标提高80%。作为世界第三大经济体和第五大二氧化碳排放国，日本严重依赖化石燃料来满足其能源需求。日本的可再生能源行业还处于起步阶段，由于风力发电、核电等都无法取代日本对进口化石燃料的依赖，氢已被日本政府认定为最强大的替代燃料，为其实现净零排放的目标提供动力。随后，韩国总统文在寅也称，要与国际社会一起致力于在2050年实现碳中和目标。

总结：亟需政策大力支持 静待技术突破

通过对国际组织和部分国家水泥行业碳中和路线的资料研究，目前国际主流的观点如下：一、多数国家提出在2050年达成净零排放，即碳中和。由于水泥碳排放的特征，水泥行业在现有的技术之下能够实现50%左右的减排量，但要实现净零排放，一方面不能仅仅靠水泥行业本身，而需要整个产业链的协同努力，混凝土、物流运输、电力、建筑业等等；另一方面需要突破性技术的应用。二、突破性技术的投资巨大，政府资金、政策的支持至关重要，以实现其经济性。