在碳達(dá)峰、碳中和“3060”目標(biāo)背景下，水泥企業(yè)應(yīng)從排放端和吸收端同時(shí)發(fā)力，積極采取有效的節(jié)能減排措施，為行業(yè)碳減排做貢獻(xiàn)。本文將簡(jiǎn)要分析和探討水泥企業(yè)碳減排技術(shù)路徑。

2020年9月，習(xí)近平總書記在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上宣布中國(guó)將提高國(guó)家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策措施，力爭(zhēng)2030年前二氧化碳排放達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。“十四五”乃至未來很長(zhǎng)的一段時(shí)期，減排降碳、低碳發(fā)展都將是我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要主題。

2021年1月，中國(guó)建筑材料聯(lián)合會(huì)發(fā)布《推進(jìn)建筑材料行業(yè)碳達(dá)峰、碳中和行動(dòng)倡議書》，提出“水泥等行業(yè)要在2023年前率先實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰”。水泥行業(yè)作為碳排放大戶，實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和“3060”目標(biāo)是一項(xiàng)長(zhǎng)期、復(fù)雜而艱巨的任務(wù)，需要在排放端和吸收端同時(shí)發(fā)力。在排放端，要從源頭減少排放源、降低排放強(qiáng)度，應(yīng)從結(jié)構(gòu)調(diào)整、技術(shù)創(chuàng)新、節(jié)能降耗等方面大力推進(jìn)碳減排。在吸收端，推動(dòng)碳捕集、利用和封存，降低碳排放。此外還應(yīng)大力推進(jìn)碳排放權(quán)交易市場(chǎng)建設(shè)，通過經(jīng)濟(jì)手段引導(dǎo)鼓勵(lì)碳減排。

一、碳達(dá)峰、碳中和概念

1、碳達(dá)峰

碳達(dá)峰是指二氧化碳排放總量在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)達(dá)到歷史最高值，之后二氧化碳的排放總量不再增長(zhǎng)而是逐漸回落。這個(gè)時(shí)間點(diǎn)并非是一個(gè)特定時(shí)間，而是一個(gè)平臺(tái)期。碳達(dá)峰目標(biāo)包括達(dá)峰年份和峰值。

2、碳中和

碳中和是指企業(yè)、團(tuán)體或個(gè)人在一定時(shí)間內(nèi)直接和間接產(chǎn)生的二氧化碳排放總量，通過二氧化碳去除手段予以抵消平衡，達(dá)到二氧化碳“凈零排放”。碳達(dá)峰是碳中和的基礎(chǔ)，碳中和則是低碳發(fā)展的最終目標(biāo)。

二、水泥企業(yè)產(chǎn)生的二氧化碳

1、水泥行業(yè)二氧化碳占比

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)2020年水泥產(chǎn)量達(dá)23.77億t，水泥熟料產(chǎn)量達(dá)到15.79億t。我國(guó)2020年水泥行業(yè)碳排放總量約12.3億t，約占全國(guó)二氧化碳排放總量的15%左右。我國(guó)水泥企業(yè)生產(chǎn)1t水泥熟料平均排放0.8~0.9tCO2。

2、水泥企業(yè)二氧化碳來源

水泥企業(yè)產(chǎn)生的二氧化碳可分為直接排放和間接排放，其中直接排放主要是生料中碳酸鹽礦物分解、原料有機(jī)碳燃燒、燃料燃燒產(chǎn)生的二氧化碳，集中在熟料燒成環(huán)節(jié)；間接排放主要是水泥生產(chǎn)消耗電力產(chǎn)生的二氧化碳，其直接排放點(diǎn)并不在水泥廠，而是在火力發(fā)電廠。

三、水泥企業(yè)碳減排技術(shù)路徑

1、原料替代技術(shù)

石灰石是水泥熟料生產(chǎn)的主要原料，主要成分是碳酸鹽礦物，其分解產(chǎn)生的二氧化碳約占水泥企業(yè)排放總量的40%~65%，平均值為58.5%。水泥企業(yè)通過利用含有鈣質(zhì)但不額外產(chǎn)生二氧化碳的物質(zhì)作替代原料，能有效降低碳酸鹽礦物分解產(chǎn)生的二氧化碳排放量；同時(shí)通過減少水泥熟料使用量，也能夠減少二氧化碳排放。

研究表明，隨著水泥生產(chǎn)技術(shù)和裝備水平的提升，電石渣可完全替代石灰石生產(chǎn)水泥。新疆米東天山電石渣綜合利用工程利用100%的濕排電石渣生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)水泥熟料。譚明洋等研究表明，磷石膏制酸聯(lián)產(chǎn)水泥具有良好的前景，使用工業(yè)石膏也可減少水泥生料配料中石灰石的使用比例。

2、燃料替代技術(shù)

水泥熟料生產(chǎn)需要經(jīng)過1300~1450℃的高溫煅燒，將會(huì)消耗大量的化石能源，化石燃料燃燒所產(chǎn)生的二氧化碳約占水泥企業(yè)碳排放總量的30%~35%。水泥行業(yè)可通過利用廢輪胎、衍生燃料、生物質(zhì)燃料、廢油及溶劑、生活垃圾、市政污泥等作為替代燃料。

歐盟等發(fā)達(dá)國(guó)家的水泥企業(yè)化石燃料替代率已平均在28%以上，其中德國(guó)已達(dá)60%以上。我國(guó)水泥企業(yè)化石燃料替代率還較低，其中海螺在樅陽(yáng)建成國(guó)內(nèi)首條生物質(zhì)替代化石燃料項(xiàng)目，一期正常運(yùn)行后預(yù)計(jì)可每年節(jié)省原煤約4.9萬(wàn)t，實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)燃料替代率超過45%。

3、節(jié)能減排技術(shù)

水泥企業(yè)參考二代水泥技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)存量生產(chǎn)線進(jìn)行技術(shù)改造和裝備升級(jí)，推廣應(yīng)用高效粉磨、高效低阻預(yù)熱器、高能效分解爐及第四代冷卻機(jī)等節(jié)能減排技術(shù)與裝備，提高余熱利用效率，進(jìn)而降低單位產(chǎn)品的綜合能耗，是實(shí)現(xiàn)低碳生產(chǎn)的重要途徑。

國(guó)外水泥企業(yè)已廣泛利用富氧燃燒技術(shù)，美國(guó)水泥企業(yè)平均提產(chǎn)8%~10%，燃料消耗降低3%~5%。天津院研發(fā)了六級(jí)組預(yù)熱預(yù)分解系統(tǒng)和生料輥壓機(jī)終粉磨技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)噸熟料標(biāo)煤耗低于93kg。我國(guó)先進(jìn)的余熱發(fā)電噸熟料發(fā)電可達(dá)40kWh。

4、低碳水泥技術(shù)

高貝利特水泥、BCT水泥（貝利特-硫鋁酸鹽水泥）及LC3水泥等低碳型水泥有望替代普通硅酸鹽水泥，能夠顯著降低水泥生產(chǎn)過程的碳排放，已成為水泥企業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。

高貝利特水泥熟料中以C2S為主，熟料燒成溫度僅為1350℃，因此與普通硅酸鹽水泥相比，高貝利特水泥具有低資源消耗、低二氧化碳排放等特點(diǎn)，但早期強(qiáng)度較低。德國(guó)海德堡公司發(fā)明BCT水泥，其熟料煅燒溫度在1250~1300℃，預(yù)計(jì)可節(jié)約燃料和電力消耗10%~15%，CO2排放相比傳統(tǒng)普通硅酸鹽水泥熟料降低30%。瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院(洛桑)開發(fā)了LC3水泥，通過火山灰反應(yīng)和石灰石-黏土的相互作用增強(qiáng)膠凝材料的性能，預(yù)計(jì)可減少30%的CO2排放和15%~20%的生產(chǎn)能耗。

5、碳捕集技術(shù)

碳捕集技術(shù)是從工業(yè)生產(chǎn)過程中將二氧化碳分離出來，分為燃燒前、燃燒后和富氧燃燒捕捉。燃燒前捕捉具備工藝廣泛、能耗比較小、分離設(shè)備尺寸相對(duì)小、投資低等特點(diǎn)；燃燒后捕捉能耗較高、燃燒設(shè)備尺寸龐大，投資運(yùn)營(yíng)成本高；富氧燃燒捕捉需要特殊燃燒設(shè)備和技術(shù)手段，對(duì)材料的耐熱性也是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

拉法基豪瑞在西班牙建設(shè)大型碳捕集及利用項(xiàng)目，主要是收集水泥生產(chǎn)過程中排放的二氧化碳用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，預(yù)計(jì)2022年可投入使用，每年可處理70萬(wàn)tCO2。海螺2018年在蕪湖白馬山水泥廠建成世界首條、規(guī)模為5萬(wàn)tCO2/年的水泥窯煙氣二氧化碳捕集純化示范項(xiàng)目。臺(tái)泥在花蓮和平廠建成了首個(gè)鈣循環(huán)碳捕集試驗(yàn)廠，二氧化碳經(jīng)固碳轉(zhuǎn)換成可供生物代謝運(yùn)用的有效碳源，并導(dǎo)入富含蝦紅素成分的微藻養(yǎng)殖，并成功開發(fā)生物醫(yī)藥領(lǐng)域產(chǎn)品。

四、結(jié)束語(yǔ)

水泥企業(yè)在碳達(dá)峰、碳中和“3060”目標(biāo)背景下，應(yīng)該加快構(gòu)建清潔低碳、循環(huán)高效的生產(chǎn)體系，推廣廢物利用、原燃料替代、節(jié)能減排、低碳水泥及碳捕集等技術(shù)應(yīng)用，持續(xù)提高能源和資源利用效率，助力水泥行業(yè)綠色低碳、高質(zhì)高效發(fā)展。

轉(zhuǎn)載：作者單位：中國(guó)葛洲壩集團(tuán)水泥有限公司