高长明：对我国水泥工业减碳技术措施及其效果的分析与建议
水泥 中国水泥网高级顾问 高长明 2021-12-08
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一.我国水泥工业碳排放现状
水泥工业的碳排放占全球人为二氧化碳排放总量的7.5%，而在我国其占比却高达13.75%。为了履行我国实现“3060”的庄严承诺，水泥工业的减碳任务面临严峻挑战。水泥工业是我国实现碳达峰碳中和目标中的重要行业，具有全局性的影响。我们必须坚决圆满的完成这个光荣而艰巨的历史使命。
2020年，我国人为二氧化碳排放总量102亿吨，水泥产量23.8亿吨，熟料产量15.8亿吨，熟料系数CF 0.66，水泥工业二氧化碳排放量13.75亿吨，单位水泥碳足迹578 kgCO2/t.c.。
借鉴德国和欧盟等国家的经验和实际数据，从水泥工业自力更生自身努力减碳的使命感出发，针对我国普通硅酸盐水泥的三大排碳源头行之有效的减碳途径和技术措施共有七项。详见表1中所列（下同）。
搜索分析国内外的有关资料数据，按照我国现今水泥碳足迹578 kgCO2/t.c.的实际数据，笔者对我国水泥工业在未来30年（即2021至2050年之间）各项减碳技术措施的潜力和效果进行了研究分析和预测(表1)。
所谓减碳潜力是指在上述规定期限内，各项减碳指标可能达到的最佳水平或理论极限值。例如减碳措施的第4~第7项：TSR达100%，熟料热耗达650kcal/kg.cl.，水泥电耗达70 kWh/t.c.，以及余热发电净值达36 kWh/t.c.等。可以看出，这些减碳措施均已使出了“洪荒”之力，几乎用尽了。计算得知，第4~第7的减碳效果，即各项的减碳量分别为40、38、10和6 kgCO2/t.c.。这就是各项减碳技术措施可以贡献出的最大减碳量，共计94 kgCO2/t.c.。
实际上，因为水泥碳足迹主要源于原料带入的工艺排放，所以其减碳的主力必将由降低熟料系数CF，少用熟料；提高低熟料含量水泥LCC和PC 32.5水泥用量占比；以及开拓提高新型低碳胶凝材料SCM用量占比等三项减碳措施来承担。这第1、2、3三项的减碳数据是相互关联的，相辅相成的。故将其减碳潜力与效果(减碳量)一并综合考虑计算。我国现今的情况大致是CF为0.66，PO 32.5水泥用量占比约45%，LCC和SCM用量占比约0.5%。预计到2050年，CF将降低到0.56，PC 32.5水泥和PO 32.5水泥的用量占比将上升到55%以上，而且以PC 32.5水泥为主，LCC和SCM用量占比上升到6%以上。这样措施1~3项的减碳能力可达128 kgCO2/t.c..七项减碳措施的能力合计为222 kgCO2/t.c..我国水泥工业有望在2050年达到碳中和。
二、PC 32.5水泥对水泥工业实现碳中和的重要意义
国内外的长期实践业已证实，PC 32.5水泥与PO 32.5水泥相比具有三方面的优势：1)对各种工程需求的适应性较好，生产过程中便于适当调节性能，利于应用。2)可以对不同品种混合材采用不同程度的深加工.更好的激发各种混合材的活性。更多的发挥其对熟料的部分替代作用。3)采用混合材深加工技术和混凝土外加剂技术后，PC 32.5水泥制备的C30混凝土各方面的性能均足以与等量的PO 42.5水泥制备的相比美。在这一应用领域PC 32.5水泥对PO 42.5水泥的取代效能优于PO 32.5水泥。但是应该看到，PO 32.5水泥对有些工程应用也是很适宜的，所以采取以PC 32.5水泥为主，PO 32.5水泥为辅的策略是符合我国工程实际需求的。
现今欧洲市场上LCC和SCM的应用情况大致如下。所谓低熟料含量水泥LCC，完整的讲包括两个部分。一是现有的欧盟水泥标准中近年新增的EN 197 CEM II/C-M,CEM V，CEM VI等32.5复合水泥（与我国原有的PC 32.5水泥相当），其熟料系数CF可以低到0.31~0.49之间，市场占有率22%左右。另一部分这是正在大力开拓创新的CF为0.20或更低的水泥，正在试验研发阶段。
另外，新型低碳胶凝材料SCM目前在欧洲市场上的产品主要有：硫(铁)铝盐水泥（GSA），高贝利特低碳水泥，煆烧粘土LC3水泥，硅酸钙(镁)制成的Solidia水泥，硅酸钙和石英制成的Celitement水泥，Porsa水泥(BCSA)，Aether低碳水泥，Geopolymers：地矿胶凝材料；等等。其中除了前三种有少量应用以外(市场占有率约1~2%)。其余的均在开拓创新之中，处于研发试验初期。当然也不排斥还有一些新类型新品种的SCM也有出现的可能。但是总的来说，SCM要达到实际应用的程度，譬如市场占有率达10%左右，估计可能要到2030年以后了。
事实表明，我国经过了7~8年前发动的一场淘汰低标号水泥的“运动”以来，市场已经给出了明确的回答：这种做法不科学，不可行！笔者认为，我们现在应该反省，纠错止损该到时候了。必须尽快的恢复被”修改单”取消了许多年的PC 32.5水泥标准。
同时还应大力开拓研发创新LCC和SCM的应用，提高其用量占比达6%以上。这样我国减少水泥工艺碳排放的潜力才能得以应有的发挥，综合减碳量达128 kgCO2/t.c.左右。
反之，如果我国水泥工业仍坚持所谓”水泥高标号化，低标号水泥必须淘汰”的主张。那么，届时其CF值非但不可能下降，反而还会上升到0.70以上。最终的效果不是减碳反而是增碳！一进一出两者相差，实际上无形中给我国水泥工业达到碳中和目标增加了将近200 kgCO2/t.c.的减碳负担。不言而喻，两种抉择两个结果，PC 32.5水泥标准的恢复与否，对我国水泥工业实现碳中和的质量良莠具有决定性的影响。
时至今日我国水泥界应该可以，而且必须做出正确的判断，当机立断，纠错止损，不能再延误了。为了我国整个水泥工业长远的根本利益，笔者恳请呼吁广大有识之士，打消顾虑解脱羁绊(如果有的话)，畅所欲言，为我国恢复PC32.5水泥标准做出自己应有的贡献。
三,对我国水泥工业减碳措施布局的建议
德国和欧盟各国以及世界著名的老牌水泥企业集团Heidelberg，Lafarge-Holcim，Cemex，Votorantin，CRH，Italcementi，Buzzi-Unicem……在2012年前后纷纷承诺，2050年实碳中和以后，2020年又达成了一个共同的中期目标。2030年要将各自水泥的碳足迹降到475 kgCO2/t.c.以下。如果从2000年算起，大概是前30年(2000~2030年)削减250 kgCO2/t.c.（725-475），后20年(2030~2050年)再削减250 kgCO2/t.c.（475-225）。这样2050年水泥碳足迹将达225 kgCO2/t.c..左右。届时扣除自然碳汇和CCSU分别为115和110 kgCO2/t.c.，就可以比较理想的实现碳中和了。
经过前20年(2000~2020年)的实践表明，预计前250 kgCO2/t.c.(725-475)的减碳都可以通过减碳措施1~6共同发挥作用来完成,后250 kgCO2/t.c.(475-225)必将须要更多的依赖减碳措施1~3的主力作用了，如图1所示。
图1：欧洲和世界著名水泥企业集团对实现碳中和的承诺及减碳措施
应该指出，表1是在我国尽快恢复PC 32.5水泥标准的前提下，2050年我国水泥碳足迹预测可达356 kgCO2/t.c.。这与届时德国的225 kgCO2/t.c.还有不小的差距。我国尚需减碳措施1~3项继续努力（最好能再减碳100 kgCO2/t.c.左右），做出更多的贡献。因为我国近10年来在这三项措施方面走上了一段弯路，耽误了10多年的时间。实际上我国至今都还没有摆脱自己挖的”坑”。表1中减碳措施1~3项的数据，只不过是笔者个人的”美好愿望”而已。说来似乎有点伤感。但是我坚信：尊重科学，锲而不舍，我国水泥工业一定会走上正确发展的道路。
根据德国水泥工厂联合会VDZ的最新资料，现今德国水泥工业生产技术指标平均数据大致为：CF 0.68，32.5复合水泥用量占比约23%，LCC和SCM用量占比约1~2%，TSR 72%，熟料热耗780kcal/kg.cl.，水泥电耗90 kWh/t.c.。他们认为采用持续提高TSR，降低熟料热耗和水泥电耗三项技术措施的减碳量可达约70 kgCO2/t.c.。暂不考虑余热发电的因素，因其对减碳量的影响甚微。
2020年11月VDZ发布的《德国水泥工业碳中和路线图》中明确指出，2030年后水泥减碳的重点在于二氧化碳的工艺排放。要将CF降到0.53，32.5复合水泥用量占比提高到45%，LCC和SCM用量占比提高到10%。这样将可再减少二氧化碳的工艺排放约100 kgCO2/t.c.。对水泥工业碳中和的高质量实现具有决定性的作用。
得悉德国最新的上述动态后，确实再一次给我国极大的启迪和鼓励。笔者深刻体验到，即使在我国尽快的恢复PC 325水泥标准的条件下，我国水泥工业迟早也会面对德国现今的局面的。他们现今所采取的应对之策，非常值得我国学习借鉴。这就更增强了本人坚决建议我国早日恢复PC 32.5水泥标准的信心和决心。甚至可以说，恢复PC 32.5水泥标准是我国水泥工业园滿实现碳中和不可或缺的必要措施。老夫这个发自心底的呼吁乃良苦之心，肺腑之言，应举之义也！恳请国家主管部门和水泥标准化技术委员会理解支持。
参考文献
1.IEA,CSI,WBCSD:Technology Roadmap for Low Carbon Transition in the
Cement Industry.March 2018
2.高长明：关于当代水泥工业与水泥品种技术发展方向问题的最新国际动态.
《水泥》2019 NO.11 p.1-4
3.VDZ:Carbon Neutral Roadmap for the German Cement Industry.
Nov.2020
4.高长明:国际水泥工业碳减排路径分析及未来先进前沿技术方向与应用.
中国建材工业联合会《国际碳减排论坛》上的报告2021.07.29.
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