20.06.2023北京科吉環(huán)境技術(shù)發(fā)展有限公司
近日多家媒體報(bào)道，全國(guó)碳市場(chǎng)擴(kuò)大行業(yè)覆蓋范圍專項(xiàng)研究啟動(dòng)會(huì)順利召開(kāi)，預(yù)示著碳交易市場(chǎng)即將納入新的血液。
北理工大學(xué)發(fā)布的《中國(guó)碳市場(chǎng)回顧與最優(yōu)行業(yè)納入順序展望(2023)》報(bào)告，指出下一階段全國(guó)碳市場(chǎng)擴(kuò)大覆蓋范圍時(shí)的行業(yè)優(yōu)先納入順序?yàn)椋核嘀圃臁掍摗⑵桨宀Ａе圃斓取?br style="margin: 0px; padding: 0px; outline: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word !important; vertical-align: middle;"/>
中國(guó)水泥的碳排放量占總排放的13.5%，約為12億噸，面對(duì)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(jī)會(huì)，如何開(kāi)展碳核算和實(shí)現(xiàn)脫碳，以迎接碳市場(chǎng)？
住房城鄉(xiāng)建設(shè)部數(shù)據(jù)顯示，截至2022年上半年，中國(guó)新建綠色建筑面積占新建建筑的比例已超過(guò)90%，全國(guó)新建綠色建筑面積由2012年的400萬(wàn)平方米增長(zhǎng)至2021年的20億平方米。
作為建筑重要的組成部分，生產(chǎn)耗能大且碳排放高的水泥，目前正面臨著綠色化轉(zhuǎn)型的艱難挑戰(zhàn)。
如果將全球水泥行業(yè)看作一個(gè)國(guó)家，那么它將是僅次于中國(guó)和美國(guó)的第三大碳排放國(guó)。水泥行業(yè)該如何減排？有哪些企業(yè)實(shí)踐案例可以參考？
5月17日，歐盟碳邊境調(diào)節(jié)機(jī)制（CBAM）最終定稿，同意對(duì)進(jìn)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(dāng)前我國(guó)碳交易市場(chǎng)僅納入了電力行業(yè)，這意味著未納入碳交易市場(chǎng)行業(yè)的企業(yè)向歐盟出口產(chǎn)品時(shí)，暫無(wú)法通過(guò)支付國(guó)內(nèi)碳排放成本來(lái)合法減免碳關(guān)稅。
國(guó)內(nèi)外相關(guān)信號(hào)的釋放值得水泥行業(yè)思考。水泥行業(yè)被“擴(kuò)大”入圍的腳步正在臨近，它是否真的就是下一個(gè)進(jìn)入碳市場(chǎng)的行業(yè)呢？
邏輯之一是，國(guó)內(nèi)碳市場(chǎng)經(jīng)過(guò)近兩年的平穩(wěn)有序運(yùn)行，交易價(jià)格穩(wěn)中有升，為氣候變化相關(guān)因素以定量化形式納入到各主體進(jìn)行投資收益、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、投資組合管理過(guò)程中奠定了核心基礎(chǔ)。制度體系、技術(shù)規(guī)范、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、能力建設(shè)等各項(xiàng)工作任務(wù)在積極推進(jìn)，并推動(dòng)全國(guó)碳市場(chǎng)取得了積極進(jìn)展。
邏輯之二是，水泥行業(yè)已經(jīng)開(kāi)展了碳排放權(quán)交易試點(diǎn)工作，有171家水泥企業(yè)參與了試點(diǎn)地區(qū)碳市場(chǎng)，非試點(diǎn)地區(qū)的1000多家水泥企業(yè)定期接受主管部門(mén)的碳排放核查。通過(guò)分析參與碳交易的試點(diǎn)企業(yè)，其所在省份的水泥行業(yè)碳排放強(qiáng)度普遍低于非試點(diǎn)省份。在相同工藝技術(shù)及裝備水平一致的條件下，可以初步判斷碳交易對(duì)水泥行業(yè)的整體減排具有實(shí)際作用。試點(diǎn)工作為水泥碳交易市場(chǎng)奠定了很好的基礎(chǔ)，積累了很好的經(jīng)驗(yàn)。
邏輯之三是，在水泥行業(yè)去產(chǎn)能、削減實(shí)際供給仍缺乏行之有效的方案之前，避免惡性競(jìng)爭(zhēng)、通過(guò)錯(cuò)峰生產(chǎn)降本增效、產(chǎn)能置換、維護(hù)行業(yè)健康生態(tài)等共識(shí)，是目前水泥行業(yè)實(shí)施供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的多元途徑和信念支撐。但在需求復(fù)蘇較為平緩的情況下，加快供需關(guān)系修復(fù)和行業(yè)利潤(rùn)率修復(fù)的速度，才是行業(yè)企業(yè)愿意看到的。通過(guò)全國(guó)碳市場(chǎng)完成碳交易這種比較純粹的市場(chǎng)化行為，極有可能成為化解產(chǎn)能過(guò)剩的根本性政策工具。
水泥行業(yè)穩(wěn)妥有序進(jìn)入全國(guó)碳市場(chǎng)，這對(duì)于具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的頭部企業(yè)來(lái)說(shuō)，未嘗不是一件好事。大企業(yè)有望通過(guò)兼并收購(gòu)進(jìn)一步擴(kuò)張，增強(qiáng)話語(yǔ)權(quán)，價(jià)格中樞有望逐步抬升，并通過(guò)骨料等業(yè)務(wù)打造新的增長(zhǎng)極。而對(duì)于中小企業(yè)來(lái)說(shuō)，則面臨著較大成本壓力。
成本壓力其實(shí)就是通過(guò)碳市場(chǎng)把降碳責(zé)任真正壓實(shí)到每一個(gè)企業(yè)時(shí)所觸及到的痛點(diǎn)。生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)成本、管理成本、人力成本、交易成本等都有可能發(fā)生增項(xiàng)，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(dān)心其變?yōu)槌翛](méi)成本的隱憂。
首先，碳交易將直接影響水泥企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)成本，如果企業(yè)的配額不夠，就需要購(gòu)買(mǎi)，這時(shí)候企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)成本就增加了；
其次，進(jìn)入碳市場(chǎng)，企業(yè)要增設(shè)專門(mén)的部門(mén)、人員和崗位，來(lái)完成碳排放核算報(bào)告、建立自身碳排放數(shù)據(jù)管理體系，同時(shí)還要引進(jìn)金融專業(yè)人員，制定碳交易策略，完成碳市場(chǎng)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(xué)合理的判斷和選擇。進(jìn)入碳市場(chǎng)，就意味著企業(yè)必須要為使用碳排放權(quán)而買(mǎi)單，反映碳排放成本的價(jià)格信號(hào)已基本形成，這一信號(hào)將成為影響企業(yè)制定生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)整用能結(jié)構(gòu)的重要影響因素之一。
國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題《建材行業(yè)企業(yè)高階管理體系及低碳企業(yè)評(píng)價(jià)研究》中關(guān)于水泥企業(yè)碳資產(chǎn)工作的結(jié)果調(diào)研顯示如下：
調(diào)研結(jié)果顯示，水泥企業(yè)主要訴求在碳資產(chǎn)管理的技能能力，交易能力，碳市場(chǎng)價(jià)格影響因素與市場(chǎng)發(fā)展規(guī)律認(rèn)知的提升，在培訓(xùn)之外，幫助水泥企業(yè)建立可靠的交易渠道或者碳資產(chǎn)金融服務(wù)更是核心競(jìng)爭(zhēng)力的體現(xiàn)之處。
目前，全國(guó)碳市場(chǎng)的激勵(lì)約束作用初步顯現(xiàn)，增強(qiáng)了企業(yè)“排碳有成本、減碳有收益”的綠色低碳意識(shí)，有效發(fā)揮了碳定價(jià)功能。
水泥行業(yè)節(jié)能減碳技術(shù)路徑
就目前普遍水泥生產(chǎn)工藝而言，二氧化碳排主要源于燃料燃燒和熟料的生產(chǎn)，其生產(chǎn)過(guò)程中生料預(yù)分解和回轉(zhuǎn)窯兩道工序又占了約90%的碳排。
自上世紀(jì)八十年代以來(lái)，我國(guó)水泥工藝技術(shù)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(chǎn)品能源消耗限額》，使用“可比熟料”、“可比水泥”能耗值的相關(guān)計(jì)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(jì)算。
水泥生產(chǎn)過(guò)程中可以使用替代燃料來(lái)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(nóng)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?fàn)t氣、煉油氣、裂解氣、埋填的廢物產(chǎn)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(zhì)量，降低熟料系數(shù)
在保證相同水泥性能的條件下，熟料質(zhì)量越好，摻入的混合材可以越多。而當(dāng)混合材用量增加1%時(shí)，水泥熟料用量就可減少1%。
使用鈣質(zhì)替代原料
水泥生產(chǎn)中碳酸鹽分解產(chǎn)生57.73%的CO2，用鈣質(zhì)工業(yè)固廢來(lái)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(huì)預(yù)計(jì)2030年使用鈣質(zhì)替代原料可以減少CO2排放3.5%，到2050年將減少8%。
由此可見(jiàn)，使用鈣質(zhì)替代原料能夠顯著的減少CO2排放，具有較大的推廣應(yīng)用空間。但鈣質(zhì)替代原料存在來(lái)源不足，成份不穩(wěn)定，且對(duì)水泥質(zhì)量有影響等問(wèn)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(guó)經(jīng)濟(jì)和基建的不斷發(fā)展，水泥需用量逐年增加，對(duì)地球生態(tài)環(huán)境和氣候變化的負(fù)面作用逐漸明顯，發(fā)展低碳膠凝材料體系，科學(xué)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(dāng)然不同的水泥生產(chǎn)工藝也會(huì)導(dǎo)致消耗的能量不同。目前水泥生產(chǎn)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(duì)于燒成系統(tǒng)裝備可全部使用導(dǎo)熱系統(tǒng)低的優(yōu)質(zhì)隔熱材料，該技術(shù)在國(guó)內(nèi)已成熟應(yīng)用。但是，像是采用交叉換熱或多級(jí)換熱技術(shù)，特別是六級(jí)以上的技術(shù)尚未推廣應(yīng)用。
交叉換熱指的是將物料在換熱預(yù)熱器中的兩個(gè)倉(cāng)內(nèi)進(jìn)行交替，料流交叉進(jìn)入平行氣流中，使100%的物料與50%的氣流交換熱量進(jìn)一步提高系統(tǒng)的熱交換率，降低廢氣的溫度。
6. 運(yùn)用平臺(tái)化監(jiān)控，節(jié)能技術(shù)等數(shù)字化管理
根據(jù)水泥生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)一系列節(jié)能技術(shù)、監(jiān)控管理軟件也是目前工程師們專注的領(lǐng)域，例如低溫余熱發(fā)電、水泥窯節(jié)能監(jiān)控，目前有國(guó)外團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了干粉智能工廠，包括云技術(shù)，設(shè)備與建筑廢料生產(chǎn)于一體的整體解決方案。我國(guó)數(shù)字化發(fā)展早已滲透在工業(yè)制造中，全面推行水泥生產(chǎn)數(shù)字化、智能化技術(shù)改造也是有效改善高能耗現(xiàn)狀的途徑。
7. 采用末端碳捕集封存技術(shù)
CCUS目前是全球公認(rèn)的解決高碳排的有效途徑之一，即把生產(chǎn)過(guò)程中排放的二氧化碳進(jìn)行提純，繼而投入到新的生產(chǎn)過(guò)程中，可以循環(huán)再利用，而不是簡(jiǎn)單地封存。我國(guó)海螺集團(tuán)開(kāi)發(fā)了一套水泥窯煙氣二氧化碳純化環(huán)保的示范生產(chǎn)線項(xiàng)目。不過(guò)目前國(guó)內(nèi)的CCUS發(fā)展仍然普遍艱難。真正想運(yùn)用到實(shí)際生產(chǎn)中，還需要更多的研究嘗試。
8. 其他諸如水泥配料檢測(cè)等技術(shù)
該類型的技術(shù)主要是通過(guò)提高水泥的品控、有效指導(dǎo)生產(chǎn)，來(lái)降低水泥生產(chǎn)損耗進(jìn)而降低碳排。例如對(duì)水泥自動(dòng)配料系統(tǒng)的旁線元素分析儀的研究，通過(guò)在線檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)發(fā)基于中子活化原理的水泥旁線元素分析儀自動(dòng)配料系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)水泥元素含量的穩(wěn)定控制。
為推動(dòng)我國(guó)實(shí)現(xiàn)“3060”雙碳目標(biāo)，華潤(rùn)水泥以關(guān)鍵減碳技為出發(fā)點(diǎn)，系統(tǒng)總結(jié)了水泥行業(yè)先進(jìn)制造和綠色環(huán)保經(jīng)驗(yàn)并進(jìn)行了有效實(shí)踐。
華潤(rùn)水泥針對(duì)水泥行業(yè)“兩磨一燒”的生產(chǎn)特點(diǎn)，提出“3C（carbon）”節(jié)能減碳體系，即源頭低碳、過(guò)程減碳、末端去碳三方面內(nèi)容，圍繞礦山、燒成系統(tǒng)、粉磨系統(tǒng)、混凝土等產(chǎn)業(yè)鏈制定節(jié)能減碳技術(shù)路線，解決行業(yè)降碳難題，幫助企業(yè)降低水泥生產(chǎn)過(guò)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(rùn)水泥各生產(chǎn)基地，取得了一定成效。
是指通過(guò)原燃料替代、采用清潔能源等方式，降低生產(chǎn)中傳統(tǒng)化石能源投入量，拓寬能源利用范圍，從根本上實(shí)現(xiàn)源頭減排。
一是使用替代燃料。如華潤(rùn)水泥廣西田陽(yáng)、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(shù)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(wàn)噸標(biāo)煤。
二是使用替代原料。華潤(rùn)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(chǎn)原料，通過(guò)減小生產(chǎn)過(guò)程中的熱耗，降低煤炭消耗，每年可減少煤炭用量約12萬(wàn)噸標(biāo)煤。
三是開(kāi)發(fā)水泥窯協(xié)同處置專業(yè)裝備。針對(duì)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有水泥窯爐化石燃料替代率低的難題，華潤(rùn)水泥圍繞城鄉(xiāng)生活垃圾、生物質(zhì)替代燃料處置工藝，開(kāi)發(fā)了一套具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的旋迴爐裝備，可實(shí)現(xiàn)分解爐燃料替代率最大≥50%，達(dá)成單條生產(chǎn)線二氧化碳減排量13萬(wàn)噸/年的目標(biāo)。目前項(xiàng)目處于工程化驗(yàn)證階段，將來(lái)會(huì)逐步推廣至全公司，助力企業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色、低碳轉(zhuǎn)型升級(jí)。
2. 過(guò)程減碳技術(shù)
是指采用新一代低能耗集成創(chuàng)新技術(shù)與裝備優(yōu)化升級(jí)現(xiàn)有生產(chǎn)線，降低系統(tǒng)煤耗、電耗，不斷提升能效水平。我國(guó)水泥行業(yè)已頒布能耗限額標(biāo)準(zhǔn)，華潤(rùn)水泥主動(dòng)在碳減排端深挖潛，謀創(chuàng)新，制定“碳達(dá)峰”路線圖。
一是應(yīng)用高效節(jié)能節(jié)電技術(shù)。在高效粉磨裝備及工藝技術(shù)端，實(shí)施水泥粉磨、選粉工藝優(yōu)化升級(jí)改造，并集成應(yīng)用磁/氣懸浮風(fēng)機(jī)等先進(jìn)節(jié)能裝備，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電耗降低，逐步提升工廠運(yùn)營(yíng)水平。
二是應(yīng)用低能耗水泥煅燒技術(shù)。在低碳工藝上，預(yù)熱預(yù)分解系統(tǒng)圍繞高換熱效率、低阻力進(jìn)行設(shè)計(jì)改造；在先進(jìn)裝備上，采用新一代冷卻機(jī)、納米隔熱材料，通過(guò)數(shù)字化智能型控制與管理技術(shù)實(shí)現(xiàn)水泥窯生產(chǎn)精準(zhǔn)控制。2021年起，華潤(rùn)水泥主要聚焦以上兩項(xiàng)過(guò)程減碳技術(shù)，相繼在廣東封開(kāi)和廣西南寧、貴港、上思、平南等水泥工廠開(kāi)展長(zhǎng)效性節(jié)能減碳工藝裝備優(yōu)化升級(jí)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(wàn)千瓦時(shí)，減少煤炭用量2萬(wàn)噸標(biāo)煤，取得了初步成效。
三是利用余熱發(fā)電的同時(shí)大力推廣風(fēng)電及光伏發(fā)電。華潤(rùn)水泥不僅將生產(chǎn)中富余的熱量進(jìn)行發(fā)電，能源回收利用，同時(shí)結(jié)合華潤(rùn)集團(tuán)多元化業(yè)務(wù)優(yōu)勢(shì)，計(jì)劃聯(lián)合華潤(rùn)電力綜合采用風(fēng)電及光伏發(fā)電新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)熟料生產(chǎn)線“零外購(gòu)電”。
3. 末端去碳技術(shù)
是指通過(guò)生物固碳和二氧化碳捕集、利用和封存（CCUS）等技術(shù)，將企業(yè)排放二氧化碳再循環(huán)。華潤(rùn)水泥已提前在末端去碳技術(shù)上開(kāi)展產(chǎn)業(yè)布局，為水泥行業(yè)“碳達(dá)峰”后續(xù)工作做好技術(shù)儲(chǔ)備，旨在持續(xù)推動(dòng)企業(yè)綠色轉(zhuǎn)型升級(jí)，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。
一是生物固碳技術(shù)。華潤(rùn)水泥與航天神州生物科技集團(tuán)有限公司聯(lián)合開(kāi)展的節(jié)能降碳研發(fā)項(xiàng)目，為碳循環(huán)經(jīng)濟(jì)提供有效路徑。研究發(fā)現(xiàn)，航天育種的太空蘆竹具有很強(qiáng)的吸碳、固碳能力，在一個(gè)生長(zhǎng)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(biāo)煤用量7.3噸。目前，華潤(rùn)水泥已在廣西田陽(yáng)開(kāi)展太空蘆竹的適應(yīng)性種植試驗(yàn)，探索太空蘆竹固碳效果、生物質(zhì)能源等產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)運(yùn)營(yíng)模式。
二是二氧化碳捕集技術(shù)。華潤(rùn)水泥已確立于2023年建設(shè)完成一套10萬(wàn)噸/年碳自富集技術(shù)研發(fā)平臺(tái)。該項(xiàng)目是華潤(rùn)水泥自主研發(fā)的碳捕集技術(shù)路線，打破主流化學(xué)吸收法、膜分離法捕集二氧化碳的模式，在碳捕集裝備上開(kāi)展了有針對(duì)性的研發(fā)和升級(jí)，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(shù)，具有低成本、低能耗、低碳排放值等技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
三是二氧化碳利用、封存技術(shù)。近年來(lái)混凝土固化二氧化碳技術(shù)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(zhuǎn)化成穩(wěn)定的碳酸鹽物質(zhì)，達(dá)到永久固化目的。華潤(rùn)水泥計(jì)劃通過(guò)碳利用研發(fā)平臺(tái)開(kāi)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(fèi)難的問(wèn)題。
來(lái)源：碳中和專委會(huì)
