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水泥是重要的建筑材料之一，主要用作混凝土中的粘合劑，是所有類型建筑的基礎材料。我國經濟快速發(fā)展，大規(guī)模的基礎設施建設、房地產開發(fā)和新農村建設等導致水泥需求量大增，已連續(xù)多年水泥需求量及產量位居全球第一。2019年，全球水泥產量約41億噸，我國水泥產量23.33億噸，占比超過55%。

圖1  我國及世界水泥產量（數據來源：國家統計局，IEA）

2018年全球水泥行業(yè)二氧化碳直接排放量為2.3Gt，約占工業(yè)二氧化碳直接排放總量的27%，約占全球二氧化碳排放總量的7%。我國水泥行業(yè)孰料生產碳排放量約13億噸，約占工業(yè)碳排放總量的20%，約占全國碳排放總量的13%。水泥行業(yè)的低碳發(fā)展對實現碳達峰、碳中和目標有重要意義。

圖2  全球工業(yè)行業(yè)直接二氧化碳排放（圖片來源：IEA）

全球水泥和混凝土協會（GCCA）、歐洲水泥協會（CEMBUREAU）等行業(yè)組織及海德堡水泥集團（HeidelbergCement）、拉法基豪瑞集團（LafargeHolcim）、西麥斯集團（CEMEX）、老城堡集團（CRH）等國際水泥集團提出水泥行業(yè)價值鏈2050碳中和目標，實現混凝土碳中和?；炷撂贾泻偷膶崿F覆蓋其全生命周期，包括生產、使用、拆除及回收等。實現路徑主要包括提高能源利用效率，提升生物質、替代燃料比例，發(fā)展低碳水泥以及推進新工藝和技術創(chuàng)新、控制水泥需求量等。

資料來源：各機構/企業(yè)網站

水泥行業(yè)通過提高能源利用效率可減少10%的排放，國際金融公司、世界銀行已經確定了大約20種可能的技術（包括改造）和措施，可在典型的水泥生產過程中節(jié)省10%的能源。利用現有技術提高能源效率是2020-2030年最主要的減碳方式之一。

燃料燃燒排放約占水泥生產二氧化碳排放總量的35-40%，可通過提高生物質、替代燃料比例，減少對化石燃料的依賴，降低化石燃料燃燒排放。2018年水泥行業(yè)生物質、替代燃料使用比例為18.5%，距離歐洲水泥協會提出的2050年中和情景下，替代燃料及生物質燃料達到60%的比例仍有距離。

目前石灰石是水泥生產的主要原料，每生產一噸水泥孰料大約消耗1.3噸石灰石，在窯爐內高溫分解產生二氧化碳，此部分排放占整個排放量的60%左右。通過產品創(chuàng)新，發(fā)展低碳水泥，研發(fā)新水泥產品例如鎂-硅酸鹽水泥、堿/聚合物水泥、火山灰水泥等，通過減少或消除所用礦物原料的碳含量，減少或消除水泥生產過程中產生的工藝排放。但受資源供應稀缺、水泥產品特性等因素影響，新型水泥產品可能只能對減排作出適度貢獻。

以上技術方式不能徹底實現水泥行業(yè)脫碳，必須借助新技術手段實現零碳排放，包括碳捕集、利用與封存（CCUS）技術、窯爐電氣化技術等，現階段主要是新工藝、新技術的可行性研究及試點應用階段，2030-2050年間將發(fā)展為主要的減排方式。

通過以上各種技術手段可實現水泥生產過程的脫碳，但都會增加減碳成本。碳捕集和儲存作為消除過程排放的途徑，可能由于缺乏儲存能力而在特定地理區(qū)域受到限制，因此從根本上減少對水泥的需求也是減少行業(yè)碳排放的方式之一。可以通過提高建筑及基礎設施中混凝土的有效使用率，在建筑領域采用木材及其他建筑材料替代水泥，回收水泥、回收混凝土并經處理后再利用、開發(fā)使用水泥用量較低的新的混凝土產品等方式降低水泥需求量。

電力完全脫碳、化石燃料完全被替代、低碳水泥產品的發(fā)展需要漫長的過程，水泥行業(yè)實現碳中和，需要大規(guī)模部署碳捕集、利用或封存（CCUS）技術。IEA水泥行業(yè)路線圖預測CCUS將從2030年開始商業(yè)化并大規(guī)模實施，預計該技術將在2050年之前提供最大貢獻的碳減排量。國際大型水泥集團的碳中和技術路線中，CCUS技術也是2030年-2050年減排的主要方式。雖然目前CCUS的商業(yè)部署是有限的，但是近年來已進行了許多創(chuàng)新工作，開展了廣泛的研究及試點應用。

• 水泥行業(yè)首個水泥窯碳捕集純化示范項目

2018年10月，海螺集團白馬山水泥廠碳捕集純化示范項目建成投入運營，采用胺技術從水泥窯中捕集二氧化碳，通過工藝加工和精餾后，得到純度為99.9%以上的工業(yè)級和純度為99.99%以上的食品級二氧化碳液體，年捕集5萬噸二氧化碳。

圖3 白馬山水泥廠5 萬噸級二氧化碳捕集純化示范項目（圖片來源：海螺水泥官網）

• 水泥行業(yè)首個工業(yè)規(guī)模的碳捕集和封存項目

海德堡水泥集團在挪威布雷維克的諾西姆子公司（Norcem）開展了碳捕集與封存項目，預計2024年全面投入運營，每年可減少40萬噸以上的二氧化碳排放量。

• 水泥行業(yè)中最經濟高效的碳捕集商業(yè)裝置

西麥斯集團與Carbon Clean合作，將Carbon Clean的第三代模塊化碳捕集技術應用于水泥行業(yè)并進行了進一步開發(fā)。與傳統的碳捕集技術相比，該技術可以顯著降低投資成本和設備尺寸，有助于碳捕集系統的更大規(guī)模商業(yè)化部署。2021年第一季度將部署一個工業(yè)規(guī)模的試點，每年約捕集10萬噸二氧化碳。

我國水泥行業(yè)碳排放總量是歐美發(fā)達國家的數十倍，碳達峰到碳中和過渡時長遠低于發(fā)達國家，意味著我國水泥行業(yè)的減排速度和減排力度將遠超發(fā)達國家。在碳中和愿景目標給水泥行業(yè)帶來減碳壓力的同時，也迎來新的發(fā)展機遇。

2021年1月，中國建筑材料聯合會向全行業(yè)提出我國建筑材料行業(yè)要在2025年前全面實現碳達峰，水泥等行業(yè)要在2023年前率先實現碳達峰的倡議。在未來幾年內，通過對碳排放總量的控制，會加快水泥行業(yè)淘汰落后產能退出，進一步促進錯峰生產及產能置換政策的落實，加快出清水泥行業(yè)過剩產能，盡早實現供需平衡，這是實現碳中和的關鍵一步。在碳中和目標下，隨著國家能源結構的調整，倒逼水泥行業(yè)能源消費結構變革，將推動水泥窯協同處置廢棄物規(guī)?；l(fā)展，提升替代燃料比例，降低化石燃料燃燒排放，實現協同減排，推動行業(yè)綠色低碳發(fā)展。

在行業(yè)低碳發(fā)展大環(huán)境下，企業(yè)做為減排主體，一方面需通過技術手段減排，包括水泥窯協同處置廢棄物技術、生物質燃料替代技術、節(jié)能粉磨技術、高能效熟料燒成技術、燃燒系統改進技術、低溫余熱發(fā)電技術、水泥窯節(jié)能監(jiān)控優(yōu)化和能效管理技術等；另一方面可調整產品及產業(yè)結構，發(fā)展低碳水泥，延伸產業(yè)鏈，建設混凝土攪拌站增加下游混凝土產品，從全產業(yè)鏈角度實現碳中和；此外，CCUS技術做為水泥行業(yè)重要的減碳技術之一，CCUS產業(yè)鏈可能在10年后迎來增長的爆發(fā)期，有條件的企業(yè)可投入資源逐步開展技術研發(fā)、設備研發(fā)等，提前布局CCUS產業(yè)鏈。