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水泥行業碳排放現狀與減排關鍵路徑

  • 分類:行業動態
  • 作者:
  • 來源:
  • 發布時間:2021-07-08
  • 訪問量:0

【概要描述】

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水泥行業碳排放現狀與減排關鍵路徑

【概要描述】

  • 分類:行業動態
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  • 發布時間:2021-07-08
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詳情
        2020年,我國水泥產量23.77億噸(湖南1.103億噸),約占全球55%,排放CO2約14.66億噸,約占全國碳排放總量14.3%。噸水泥、噸水泥熟料CO2排放量分別約為616.6kg、865.8kg(有關測算與分析見下文)。水泥行業面臨的減排壓力非常嚴峻,任務非常艱巨。水泥等行業即將納入全國碳排放權交易,將對我國水泥工業及其運行產生重大而深遠影響。
        目前我國水泥企業全部采用了新型干法生產技術,整體處于國際先進水平。分析單位水泥碳排放的構成與減排潛力,生產1噸水泥過程中,其中生料煅燒石灰石分解CO2約376.7kg,熟料耗煤排放CO2約193kg,綜合耗電(扣除余熱發電)折算碳排放約46.9kg。水泥是由水泥熟料摻加礦渣、粉煤灰、石灰石等混合材與少量石膏混合粉磨制成,熟料生產過程中碳排放約占水泥碳排放的92%左右(大量文獻誤引用為60%至75%)。
        根據行業現狀和以上分析,水泥行業通過現有節能及替代石灰石原料技術(因耗量巨大且替代資源很有限)減碳空間有限。大概率預計,未來5年關鍵窗口期, 單位水泥碳排放平均降幅要達到5%,須付出巨大努力。2030年至2035年難以實現相關國際機構擬定的目標“520kgCO2/噸至524 kgCO2/噸水泥”,至于水泥工業實現碳中和與CSI等擬定的“單位水泥減碳百分之四十”的目標,則期待顛覆性技術出現。
 
 
        由于水泥產品及生產原料、工藝特點和巨大的消耗量,碳減排的難度極大,時間與任務非常緊迫。業內探討通過節能技術減碳的文獻、綜述較多。本文結合水泥及混凝土工業發展方向和我國國情,探討并總結提出了水泥行業重點減排路徑是:“科學高效應利用水泥,調整水泥產品結構;加強頂層設計,完善生產者、消費者碳排放責任核算方法和各類責任分攤法等政策”。
國際能源機構IEA和CSI提出了水泥發展最重要的方向是由生產普通波特蘭水泥轉向生產混合水泥,用混合材料替代部分熟料。目前C30及高性能混凝土中水泥熟料系數在0.5以下。為降低單位水泥碳排放,提高建筑物耐久性與經濟社會效益,重點推廣低熟料用量的商品混凝土專用混合水泥和“較高C2S、適中C3S、低C3A熟料”制備的通用水泥。筆者認為:按照上述減排路徑及配套制定有關政策,其減排效果遠遠超過節能技術及挖潛措施。
 
一、科學高效利用水泥 通過法規推進減少高碳產品消費量
        國家已提出限制粗綱產量,預計政府將出臺限制(削減)水泥熟料量或高碳產品受讓碳指標的措施。如中國水泥協會秘書長孔祥忠預測:“企業不要樂觀地認為可以通過購買碳指標增加產量,未來可供交易的指標有限,碳價格到時可能會超過水泥價格。對于產能嚴重過剩的水泥行業,要么減產,要么改造,要么退出,這是大趨勢” 。
比爾蓋茨曾表示,中國3年的水泥消費量相當于19世紀水泥發明以來美國歷年的消費總量,這是最讓人驚嘆的統計數字,美國也建了胡佛大壩、大橋、高速公路等大工程。我國人口眾多,仍然是發展中國家。但近十幾年來,我國人均收入遠低于發達國家,但人均年水泥消費量約達1.67噸,遠遠超過歐洲、美國、日本等發達國家高速發展時期人均年耗0.70噸左右的水平。由此也可分析預測,我國未來人均水泥需求量會有很大幅度下降。
 
 
        造成我國水泥消費量過高的主要原因:浪費與過度消費十分嚴重,使用水泥不科學;規劃及長遠觀念淡薄、住房及公路等工程設計與實際壽命短(城市上世紀80年代以前的住房基本要拆除重建,農村住房十幾年即拆除重建現象很普遍,公路等設施翻建及維修量大),以及機制體制與傳統習慣勢力等問題。
 
        我國房屋及基礎設施建設、固定資產投資、終端能源消費等所承擔的碳排放責任超過總量的80%。科學合理的碳排放責任評價方法輔以針對性的減碳政策,可以建立正確的價值導向,有效促進各方采取減碳行動;同時也有利于各利益相關方接受并承擔自身相應的減排義務。因此,通過高效科學應用水泥與制訂有關法規推動,建筑領域實現大幅度減少碳排放總量的潛力很大,并將有力推進水泥等行業碳減排總量。
        建議加強頂層設計,盡快制定與完善建筑工程應用主體(消費側)碳排放責任核算與控制方法等政策, 并按行業及產品制定實施細則。以強化消費者對其消費行為負責,其減碳行動主要是調整消費結構, 減少高碳產品的消費量、過度消費與浪費。此外,還需要通過優化、細化工程管理,強化控制與責任,促使水泥熟料用量下降。
發展低碳建筑與推廣高性能砼、大摻量應用混合材三者方向一致、相輔相成。為科學合理高效應用水泥,減少單位投資(建、構筑物面積)水泥熟料使用量,提高水泥產品使用效率。應加快修訂工程設計、施工、應用技術標準規范等,提升低碳建筑標準及加大推廣應用少熟料膠凝材料的力度,并制定配套政策措施。
 
二、適應現代混凝土技術與低碳要求 調整水泥產品結構
        兩年內,一旦國家給水泥企業下達了碳排放配額,即對水泥行業鎖定了排放總量。各企業在碳排放指標的約束性下,如何運作碳資產與用好碳配額,如何提高單位產品效益與降低碳排放,是水泥企業急需思考的問題,應對思路與措施概括如下:
        推廣低熟料用量的商品混凝土、農村建房現場拌制砼和砂漿專用混合水泥,開發推廣“較高C2S、適中C3S、低 C3A礦物”組成的熟料及其制備的通用水泥,盡可能滿足低水膠比、長齡期強度高和低水化熱等要求,以利于改善砼開裂與耐久性,提高建筑物壽命,又有利于碳減排。轉變觀念,以推行團標及領跑者企標作為切入口,提高產品適用性, 擴大差異化產品市場。以上方案措施也是碳減排關鍵路徑之一,也可以說是今后通用水泥產品結構調整方向與指導思想。
        減少熟料用量與用混合材替代部分熟料是水泥混凝土工業發展趨勢,也是提高建筑物壽命和水泥混凝土工業健康及低碳發展的必然選擇。水泥是半成品,只能用于配制混凝土。清華大學教授閻培渝在《對中國水泥產品結構調整的一點看法》中指出:“大多數歐洲國家預拌混凝土強度等級大多在C15至C35 之間。有關高管對國際水泥標準與水泥使用及混凝土行業了解非常有限。現在混凝土對工作性能要求很高, 要求漿體含量高,用水量較低,目前國內使用量最大的C30混凝土中水泥熟料用量僅為150kg/m3左右,熟料系數在0.5以下,不同強度的水泥很容易通過調整砼配比來制備不同標號的砼”。目前國內砼早期開裂、強度倒縮等導致耐久性差的問題非常普遍, 造成了巨大的經濟損失與碳排放增加。其主要原因之一恰恰是更多地與使用普通水泥等早強高強水泥有關,也是導致砼工程質量問題、糾紛越來越多越嚴重的主要因素。清華大學教授廉慧珍極力主張摻合料由水泥廠摻加,以有利于工程質量,攪拌站摻加摻和料有很多弊端。筆者在《混凝土》《中國水泥》等刊發了數篇專文對上述問題進行了分析探討。
        我國水泥中熟料系數為0.678, 若降到0.55,以出廠水泥計,碳排放可減少18%,極有利于水泥企業合理利用碳配額資源。
 
 
三、水泥工業碳排放現狀、核算與碳達峰時間預測
        1、噸水泥、噸水泥熟料CO2排放量的核算
        有關參數與取值:標準煤排放因子2.66,電力消耗排放因子0.853;煅燒1噸石灰石排放CO2為440kg(排放因子0.44);生料中石灰石配比82%,生熟料折算系數1.54;國內噸熟料耗標煤平均值取107kg,干法線配有余熱發電裝置,噸熟料綜合電耗(扣除余熱發電)平均值取30kWh,噸水泥綜合電耗(扣除余熱發電)平均值取55kWh。
        2020年,我國水泥中熟料用量平均占比=水泥產量/熟料消耗=23.77/(15.79+進口熟料0.33)=0.678;
        生產1噸熟料CO2排放量:1000*0.82*1.54*0.44+107*2.66+30*0.853=865.8kg
        生產1噸水泥CO2排放量:1000*0.82*1.54*0.678*0.44+107*2.66*0.678+55*0.853= 616.6kg  
        2020年,我國水泥行業CO2排放總量約23.77*0.6166=14.66億噸,其中湖南水泥產量1.103億,CO2排放1.103*0.6166=6800萬噸。
        2、水泥工業碳達峰時間與消費總量預測
        2020年,中國水泥產量23.77億噸,占全球 57%。從2011年至2019年,年產量分別為20.6、21.8、24.1、24.76、23.5、24.03、23.2、21.77、23.3億噸,年水泥消費量均超過20億噸。
        歐洲、美國、日本、韓國等發達國家水泥消費高位平臺期是七八年,幾乎是相同規律,拐點之后總需求呈現大幅度下降。目前發達國家水泥產銷量約為高峰期的一半, 甚至略為超過高峰期消費量的三分之一。2020年,我國熟料產量15.79億噸,進口熟料3337萬噸, 熟料消費總量超過16億噸,創下歷史新高。
        從2011年起,我國水泥消費總需求處于高位平臺期已達10年。預計將很快步入平臺期末端,從2022年開始,我國水泥產銷量及熟料消耗量將步入下降通道,3年后可能會有較大幅度下降。若下降到發達國家高峰時期人均年消費0.70噸的水平,我國水泥產銷量約為10億噸。(來源:智慧水泥)

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