20.06.2023北京科吉環(huán)境技術發(fā)展有限公司
近日多家媒體報道，全國碳市場擴大行業(yè)覆蓋范圍專項研究啟動會順利召開，預示著碳交易市場即將納入新的血液。
北理工大學發(fā)布的《中國碳市場回顧與最優(yōu)行業(yè)納入順序展望(2023)》報告，指出下一階段全國碳市場擴大覆蓋范圍時的行業(yè)優(yōu)先納入順序為：水泥制造、煉鋼、平板玻璃制造等。
中國水泥的碳排放量占總排放的13.5%，約為12億噸，面對如此巨大的排放量，水泥行業(yè)該如何減碳？水泥企業(yè)有哪些機會，如何開展碳核算和實現脫碳，以迎接碳市場？
住房城鄉(xiāng)建設部數據顯示，截至2022年上半年，中國新建綠色建筑面積占新建建筑的比例已超過90%，全國新建綠色建筑面積由2012年的400萬平方米增長至2021年的20億平方米。
作為建筑重要的組成部分，生產耗能大且碳排放高的水泥，目前正面臨著綠色化轉型的艱難挑戰(zhàn)。
如果將全球水泥行業(yè)看作一個國家，那么它將是僅次于中國和美國的第三大碳排放國。水泥行業(yè)該如何減排？有哪些企業(yè)實踐案例可以參考？
5月17日，歐盟碳邊境調節(jié)機制（CBAM）最終定稿，同意對進口鋼鐵、水泥、鋁、化肥、電力和氫氣征收二氧化碳成本。此次CBAM覆蓋電力、鋼鐵、水泥等六大行業(yè)，而當前我國碳交易市場僅納入了電力行業(yè)，這意味著未納入碳交易市場行業(yè)的企業(yè)向歐盟出口產品時，暫無法通過支付國內碳排放成本來合法減免碳關稅。
國內外相關信號的釋放值得水泥行業(yè)思考。水泥行業(yè)被“擴大”入圍的腳步正在臨近，它是否真的就是下一個進入碳市場的行業(yè)呢？
邏輯之一是，國內碳市場經過近兩年的平穩(wěn)有序運行，交易價格穩(wěn)中有升，為氣候變化相關因素以定量化形式納入到各主體進行投資收益、風險評估、投資組合管理過程中奠定了核心基礎。制度體系、技術規(guī)范、基礎設施建設、能力建設等各項工作任務在積極推進，并推動全國碳市場取得了積極進展。
邏輯之二是，水泥行業(yè)已經開展了碳排放權交易試點工作，有171家水泥企業(yè)參與了試點地區(qū)碳市場，非試點地區(qū)的1000多家水泥企業(yè)定期接受主管部門的碳排放核查。通過分析參與碳交易的試點企業(yè)，其所在省份的水泥行業(yè)碳排放強度普遍低于非試點省份。在相同工藝技術及裝備水平一致的條件下，可以初步判斷碳交易對水泥行業(yè)的整體減排具有實際作用。試點工作為水泥碳交易市場奠定了很好的基礎，積累了很好的經驗。
邏輯之三是，在水泥行業(yè)去產能、削減實際供給仍缺乏行之有效的方案之前，避免惡性競爭、通過錯峰生產降本增效、產能置換、維護行業(yè)健康生態(tài)等共識，是目前水泥行業(yè)實施供給側結構性改革的多元途徑和信念支撐。但在需求復蘇較為平緩的情況下，加快供需關系修復和行業(yè)利潤率修復的速度，才是行業(yè)企業(yè)愿意看到的。通過全國碳市場完成碳交易這種比較純粹的市場化行為，極有可能成為化解產能過剩的根本性政策工具。
水泥行業(yè)穩(wěn)妥有序進入全國碳市場，這對于具有競爭優(yōu)勢的頭部企業(yè)來說，未嘗不是一件好事。大企業(yè)有望通過兼并收購進一步擴張，增強話語權，價格中樞有望逐步抬升，并通過骨料等業(yè)務打造新的增長極。而對于中小企業(yè)來說，則面臨著較大成本壓力。
成本壓力其實就是通過碳市場把降碳責任真正壓實到每一個企業(yè)時所觸及到的痛點。生產經營成本、管理成本、人力成本、交易成本等都有可能發(fā)生增項，特別是為降碳而投入的科技創(chuàng)新成本，更令企業(yè)有一絲擔心其變?yōu)槌翛]成本的隱憂。
首先，碳交易將直接影響水泥企業(yè)的生產經營成本，如果企業(yè)的配額不夠，就需要購買，這時候企業(yè)的生產經營成本就增加了；
其次，進入碳市場，企業(yè)要增設專門的部門、人員和崗位，來完成碳排放核算報告、建立自身碳排放數據管理體系，同時還要引進金融專業(yè)人員，制定碳交易策略，完成碳市場交易工作。這些管理成本和人力成本也是要考慮的;
最后，碳交易成本也不能忽視。水泥企業(yè)的交易量一般都比較大，如何降低交易成本、采取什么樣的交易方式，企業(yè)也要做出科學合理的判斷和選擇。進入碳市場，就意味著企業(yè)必須要為使用碳排放權而買單，反映碳排放成本的價格信號已基本形成，這一信號將成為影響企業(yè)制定生產計劃和調整用能結構的重要影響因素之一。
國家重點研發(fā)計劃課題《建材行業(yè)企業(yè)高階管理體系及低碳企業(yè)評價研究》中關于水泥企業(yè)碳資產工作的結果調研顯示如下：
調研結果顯示，水泥企業(yè)主要訴求在碳資產管理的技能能力，交易能力，碳市場價格影響因素與市場發(fā)展規(guī)律認知的提升，在培訓之外，幫助水泥企業(yè)建立可靠的交易渠道或者碳資產金融服務更是核心競爭力的體現之處。
目前，全國碳市場的激勵約束作用初步顯現，增強了企業(yè)“排碳有成本、減碳有收益”的綠色低碳意識，有效發(fā)揮了碳定價功能。
水泥行業(yè)節(jié)能減碳技術路徑
就目前普遍水泥生產工藝而言，二氧化碳排主要源于燃料燃燒和熟料的生產，其生產過程中生料預分解和回轉窯兩道工序又占了約90%的碳排。
自上世紀八十年代以來，我國水泥工藝技術水平不斷提升，水泥單位能耗不斷降低。表1是按照GB16780《水泥單位產品能源消耗限額》，使用“可比熟料”、“可比水泥”能耗值的相關計算才具有可比性，因此，文中熟料和水泥的CO2排放值都按此原則計算。
水泥生產過程中可以使用替代燃料來減少CO2的排放，替代燃料可以分為固態(tài)替代燃料、液態(tài)替代燃料和氣態(tài)替代燃料。
固態(tài)替代燃料主要有木屑、塑料、農業(yè)殘余物、廢棄輪胎、石油焦等；
液態(tài)替代燃料主要有礦物油、液壓油等；
氣態(tài)替代燃料主要有焦爐氣、煉油氣、裂解氣、埋填的廢物產生的氣體等。
廢油、廢輪胎、污泥等用作替代燃料較為普遍，其中，廢油熱值最高、碳排放因子最低。
3. 提高熟料質量，降低熟料系數
在保證相同水泥性能的條件下，熟料質量越好，摻入的混合材可以越多。而當混合材用量增加1%時，水泥熟料用量就可減少1%。
使用鈣質替代原料
水泥生產中碳酸鹽分解產生57.73%的CO2，用鈣質工業(yè)固廢來替代石灰石可以顯著減少碳酸鹽分解排放。通?？衫玫墓I(yè)固廢有電石渣、高爐礦渣、鋼渣及粉煤灰等。
歐洲水泥協(xié)會預計2030年使用鈣質替代原料可以減少CO2排放3.5%，到2050年將減少8%。
由此可見，使用鈣質替代原料能夠顯著的減少CO2排放，具有較大的推廣應用空間。但鈣質替代原料存在來源不足，成份不穩(wěn)定，且對水泥質量有影響等問題。
發(fā)展低碳膠凝材料
硅酸鹽水泥具有高能耗、高溫室氣體（CO2）排放的缺陷，且隨著世界各國經濟和基建的不斷發(fā)展，水泥需用量逐年增加，對地球生態(tài)環(huán)境和氣候變化的負面作用逐漸明顯，發(fā)展低碳膠凝材料體系，科學的部分取代硅酸鹽水泥十分必要。
5. 選擇適合的工藝類型
當然不同的水泥生產工藝也會導致消耗的能量不同。目前水泥生產主要分為干法工藝和濕法工藝。具體能量消耗可以參考如下列表：
對于燒成系統(tǒng)裝備可全部使用導熱系統(tǒng)低的優(yōu)質隔熱材料，該技術在國內已成熟應用。但是，像是采用交叉換熱或多級換熱技術，特別是六級以上的技術尚未推廣應用。
交叉換熱指的是將物料在換熱預熱器中的兩個倉內進行交替，料流交叉進入平行氣流中，使100%的物料與50%的氣流交換熱量進一步提高系統(tǒng)的熱交換率，降低廢氣的溫度。
6. 運用平臺化監(jiān)控，節(jié)能技術等數字化管理
根據水泥生產工藝的特點，開發(fā)一系列節(jié)能技術、監(jiān)控管理軟件也是目前工程師們專注的領域，例如低溫余熱發(fā)電、水泥窯節(jié)能監(jiān)控，目前有國外團隊開發(fā)了干粉智能工廠，包括云技術，設備與建筑廢料生產于一體的整體解決方案。我國數字化發(fā)展早已滲透在工業(yè)制造中，全面推行水泥生產數字化、智能化技術改造也是有效改善高能耗現狀的途徑。
7. 采用末端碳捕集封存技術
CCUS目前是全球公認的解決高碳排的有效途徑之一，即把生產過程中排放的二氧化碳進行提純，繼而投入到新的生產過程中，可以循環(huán)再利用，而不是簡單地封存。我國海螺集團開發(fā)了一套水泥窯煙氣二氧化碳純化環(huán)保的示范生產線項目。不過目前國內的CCUS發(fā)展仍然普遍艱難。真正想運用到實際生產中，還需要更多的研究嘗試。
8. 其他諸如水泥配料檢測等技術
該類型的技術主要是通過提高水泥的品控、有效指導生產，來降低水泥生產損耗進而降低碳排。例如對水泥自動配料系統(tǒng)的旁線元素分析儀的研究，通過在線檢測技術的發(fā)展，開發(fā)基于中子活化原理的水泥旁線元素分析儀自動配料系統(tǒng)，來實現對水泥元素含量的穩(wěn)定控制。
為推動我國實現“3060”雙碳目標，華潤水泥以關鍵減碳技為出發(fā)點，系統(tǒng)總結了水泥行業(yè)先進制造和綠色環(huán)保經驗并進行了有效實踐。
華潤水泥針對水泥行業(yè)“兩磨一燒”的生產特點，提出“3C（carbon）”節(jié)能減碳體系，即源頭低碳、過程減碳、末端去碳三方面內容，圍繞礦山、燒成系統(tǒng)、粉磨系統(tǒng)、混凝土等產業(yè)鏈制定節(jié)能減碳技術路線，解決行業(yè)降碳難題，幫助企業(yè)降低水泥生產過程中能源和資源消耗，減少碳排放量。目前“3C”節(jié)能減碳體系已逐步推廣至華潤水泥各生產基地，取得了一定成效。
是指通過原燃料替代、采用清潔能源等方式，降低生產中傳統(tǒng)化石能源投入量，拓寬能源利用范圍，從根本上實現源頭減排。
一是使用替代燃料。如華潤水泥廣西田陽、南寧和云南彌渡等水泥工廠采用水泥窯協(xié)同處置城市生活垃圾、市政污泥、廢舊輪胎、樹皮、碎布條等作為替代燃料，每年可以減少煤炭用量約8.5萬噸標煤。
二是使用替代原料。華潤水泥在福建龍巖、貴州金沙等水泥工廠采用多重工業(yè)固廢替代水泥生產原料，通過減小生產過程中的熱耗，降低煤炭消耗，每年可減少煤炭用量約12萬噸標煤。
三是開發(fā)水泥窯協(xié)同處置專業(yè)裝備。針對國內現有水泥窯爐化石燃料替代率低的難題，華潤水泥圍繞城鄉(xiāng)生活垃圾、生物質替代燃料處置工藝，開發(fā)了一套具有自主知識產權的旋迴爐裝備，可實現分解爐燃料替代率最大≥50%，達成單條生產線二氧化碳減排量13萬噸/年的目標。目前項目處于工程化驗證階段，將來會逐步推廣至全公司，助力企業(yè)實現綠色、低碳轉型升級。
2. 過程減碳技術
是指采用新一代低能耗集成創(chuàng)新技術與裝備優(yōu)化升級現有生產線，降低系統(tǒng)煤耗、電耗，不斷提升能效水平。我國水泥行業(yè)已頒布能耗限額標準，華潤水泥主動在碳減排端深挖潛，謀創(chuàng)新，制定“碳達峰”路線圖。
一是應用高效節(jié)能節(jié)電技術。在高效粉磨裝備及工藝技術端，實施水泥粉磨、選粉工藝優(yōu)化升級改造，并集成應用磁/氣懸浮風機等先進節(jié)能裝備，實現系統(tǒng)電耗降低，逐步提升工廠運營水平。
二是應用低能耗水泥煅燒技術。在低碳工藝上，預熱預分解系統(tǒng)圍繞高換熱效率、低阻力進行設計改造；在先進裝備上，采用新一代冷卻機、納米隔熱材料，通過數字化智能型控制與管理技術實現水泥窯生產精準控制。2021年起，華潤水泥主要聚焦以上兩項過程減碳技術，相繼在廣東封開和廣西南寧、貴港、上思、平南等水泥工廠開展長效性節(jié)能減碳工藝裝備優(yōu)化升級工作，同步降低了企業(yè)電能和煤炭消耗，每年可減少用電約990萬千瓦時，減少煤炭用量2萬噸標煤，取得了初步成效。
三是利用余熱發(fā)電的同時大力推廣風電及光伏發(fā)電。華潤水泥不僅將生產中富余的熱量進行發(fā)電，能源回收利用，同時結合華潤集團多元化業(yè)務優(yōu)勢，計劃聯合華潤電力綜合采用風電及光伏發(fā)電新技術，實現熟料生產線“零外購電”。
3. 末端去碳技術
是指通過生物固碳和二氧化碳捕集、利用和封存（CCUS）等技術，將企業(yè)排放二氧化碳再循環(huán)。華潤水泥已提前在末端去碳技術上開展產業(yè)布局，為水泥行業(yè)“碳達峰”后續(xù)工作做好技術儲備，旨在持續(xù)推動企業(yè)綠色轉型升級，實現高質量發(fā)展。
一是生物固碳技術。華潤水泥與航天神州生物科技集團有限公司聯合開展的節(jié)能降碳研發(fā)項目，為碳循環(huán)經濟提供有效路徑。研究發(fā)現，航天育種的太空蘆竹具有很強的吸碳、固碳能力，在一個生長季中，每畝太空蘆竹可吸收二氧化碳14.58噸。不僅如此，太空蘆竹也可用作化石能源替代品，每畝太空蘆竹燃料將節(jié)約標煤用量7.3噸。目前，華潤水泥已在廣西田陽開展太空蘆竹的適應性種植試驗，探索太空蘆竹固碳效果、生物質能源等產業(yè)化開發(fā)運營模式。
二是二氧化碳捕集技術。華潤水泥已確立于2023年建設完成一套10萬噸/年碳自富集技術研發(fā)平臺。該項目是華潤水泥自主研發(fā)的碳捕集技術路線，打破主流化學吸收法、膜分離法捕集二氧化碳的模式，在碳捕集裝備上開展了有針對性的研發(fā)和升級，提出了一種水泥窯自富集90%以上濃度二氧化碳的創(chuàng)新技術，具有低成本、低能耗、低碳排放值等技術優(yōu)勢。
三是二氧化碳利用、封存技術。近年來混凝土固化二氧化碳技術被視為最具潛力的碳封存路徑之一，混凝土堿性環(huán)境下二氧化碳可轉化成穩(wěn)定的碳酸鹽物質，達到永久固化目的。華潤水泥計劃通過碳利用研發(fā)平臺開發(fā)高固碳混凝土為主，碳納米管、納米碳酸鈣等為輔的新材料，解決碳捕集后利用途徑窄、碳消費難的問題。
來源：碳中和專委會
