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碳中和目标下我国水泥行业面临的挑战与机遇

北极星大气网  来源:中创碳投  作者:胡小燕  2021/3/8 15:28:12  我要投稿  
所属频道: 大气治理  关键词:碳达峰 碳中和影响 碳排放

北极星大气网讯:一水泥行业碳排放占比较大,行业低碳发展对实现碳达峰及碳中和目标有重要意义

水泥是重要的建筑材料之一,主要用作混凝土中的粘合剂,是所有类型建筑的基础材料。我国经济快速发展,大规模的基础设施建设、房地产开发和新农村建设等导致水泥需求量大增,已连续多年水泥需求量及产量位居全球第一。2019年,全球水泥产量约41亿吨,我国水泥产量23.33亿吨,占比超过55%。

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图1 我国及世界水泥产量(数据来源:国家统计局,IEA)

2018年全球水泥行业二氧化碳直接排放量为2.3Gt,约占工业二氧化碳直接排放总量的27%,约占全球二氧化碳排放总量的7%。我国水泥行业孰料生产碳排放量约13亿吨,约占工业碳排放总量的20%,约占全国碳排放总量的13%。水泥行业的低碳发展对实现碳达峰、碳中和目标有重要意义。

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图2 全球工业行业直接二氧化碳排放(图片来源:IEA)

二提效、减量、创新是国际水泥行业2050碳中和目标实现的主要路径

全球水泥和混凝土协会(GCCA)、欧洲水泥协会(CEMBUREAU)等行业组织及海德堡水泥集团(HeidelbergCement)、拉法基豪瑞集团(LafargeHolcim)、西麦斯集团(CEMEX)、老城堡集团(CRH)等国际水泥集团提出水泥行业价值链2050碳中和目标,实现混凝土碳中和。混凝土碳中和的实现覆盖其全生命周期,包括生产、使用、拆除及回收等。实现路径主要包括提高能源利用效率,提升生物质、替代燃料比例,发展低碳水泥以及推进新工艺和技术创新、控制水泥需求量等。

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资料来源:各机构/企业网站

1提高能源利用效率

水泥行业通过提高能源利用效率可减少10%的排放,国际金融公司、世界银行已经确定了大约20种可能的技术(包括改造)和措施,可在典型的水泥生产过程中节省10%的能源。利用现有技术提高能源效率是2020-2030年最主要的减碳方式之一。

2提高生物质、替代燃料比例

燃料燃烧排放约占水泥生产二氧化碳排放总量的35-40%,可通过提高生物质、替代燃料比例,减少对化石燃料的依赖,降低化石燃料燃烧排放。2018年水泥行业生物质、替代燃料使用比例为18.5%,距离欧洲水泥协会提出的2050年中和情景下,替代燃料及生物质燃料达到60%的比例仍有距离。

3发展低碳水泥

目前石灰石是水泥生产的主要原料,每生产一吨水泥孰料大约消耗1.3吨石灰石,在窑炉内高温分解产生二氧化碳,此部分排放占整个排放量的60%左右。通过产品创新,发展低碳水泥,研发新水泥产品例如镁-硅酸盐水泥、碱/聚合物水泥、火山灰水泥等,通过减少或消除所用矿物原料的碳含量,减少或消除水泥生产过程中产生的工艺排放。但受资源供应稀缺、水泥产品特性等因素影响,新型水泥产品可能只能对减排作出适度贡献。

4推进新工艺及技术创新

以上技术方式不能彻底实现水泥行业脱碳,必须借助新技术手段实现零碳排放,包括碳捕集、利用与封存(CCUS)技术、窑炉电气化技术等,现阶段主要是新工艺、新技术的可行性研究及试点应用阶段,2030-2050年间将发展为主要的减排方式。

5控制需求

通过以上各种技术手段可实现水泥生产过程的脱碳,但都会增加减碳成本。碳捕集和储存作为消除过程排放的途径,可能由于缺乏储存能力而在特定地理区域受到限制,因此从根本上减少对水泥的需求也是减少行业碳排放的方式之一。可以通过提高建筑及基础设施中混凝土的有效使用率,在建筑领域采用木材及其他建筑材料替代水泥,回收水泥、回收混凝土并经处理后再利用、开发使用水泥用量较低的新的混凝土产品等方式降低水泥需求量。

三水泥行业实现碳中和,CCUS技术需实现商业化

电力完全脱碳、化石燃料完全被替代、低碳水泥产品的发展需要漫长的过程,水泥行业实现碳中和,需要大规模部署碳捕集、利用或封存(CCUS)技术。IEA水泥行业路线图预测CCUS将从2030年开始商业化并大规模实施,预计该技术将在2050年之前提供最大贡献的碳减排量。国际大型水泥集团的碳中和技术路线中,CCUS技术也是2030年-2050年减排的主要方式。虽然目前CCUS的商业部署是有限的,但是近年来已进行了许多创新工作,开展了广泛的研究及试点应用。

水泥行业首个水泥窑碳捕集纯化示范项目

2018年10月,海螺集团白马山水泥厂碳捕集纯化示范项目建成投入运营,采用胺技术从水泥窑中捕集二氧化碳,通过工艺加工和精馏后,得到纯度为99.9%以上的工业级和纯度为99.99%以上的食品级二氧化碳液体,年捕集5万吨二氧化碳。

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图3 白马山水泥厂5 万吨级二氧化碳捕集纯化示范项目(图片来源:海螺水泥官网)

水泥行业首个工业规模的碳捕集和封存项目

海德堡水泥集团在挪威布雷维克的诺西姆子公司(Norcem)开展了碳捕集与封存项目,预计2024年全面投入运营,每年可减少40万吨以上的二氧化碳排放量。

水泥行业中最经济高效的碳捕集商业装置

西麦斯集团与Carbon Clean合作,将Carbon Clean的第三代模块化碳捕集技术应用于水泥行业并进行了进一步开发。与传统的碳捕集技术相比,该技术可以显著降低投资成本和设备尺寸,有助于碳捕集系统的更大规模商业化部署。2021年第一季度将部署一个工业规模的试点,每年约捕集10万吨二氧化碳。

四碳达峰中和目标下,水泥行业应提前布局把握新的发展机遇

我国水泥行业碳排放总量是欧美发达国家的数十倍,碳达峰到碳中和过渡时长远低于发达国家,意味着我国水泥行业的减排速度和减排力度将远超发达国家。在碳中和愿景目标给水泥行业带来减碳压力的同时,也迎来新的发展机遇。

达峰中和目标加快化解行业过剩产能,推动水泥窑协同处置废弃物发展。

2021年1月,中国建筑材料联合会向全行业提出我国建筑材料行业要在2025年前全面实现碳达峰,水泥等行业要在2023年前率先实现碳达峰的倡议。在未来几年内,通过对碳排放总量的控制,会加快水泥行业淘汰落后产能退出,进一步促进错峰生产及产能置换政策的落实,加快出清水泥行业过剩产能,尽早实现供需平衡,这是实现碳中和的关键一步。在碳中和目标下,随着国家能源结构的调整,倒逼水泥行业能源消费结构变革,将推动水泥窑协同处置废弃物规模化发展,提升替代燃料比例,降低化石燃料燃烧排放,实现协同减排,推动行业绿色低碳发展。

企业做为减排主体应提前布局抓住发展机遇。

在行业低碳发展大环境下,企业做为减排主体,一方面需通过技术手段减排,包括水泥窑协同处置废弃物技术、生物质燃料替代技术、节能粉磨技术、高能效熟料烧成技术、燃烧系统改进技术、低温余热发电技术、水泥窑节能监控优化和能效管理技术等;另一方面可调整产品及产业结构,发展低碳水泥,延伸产业链,建设混凝土搅拌站增加下游混凝土产品,从全产业链角度实现碳中和;此外,CCUS技术做为水泥行业重要的减碳技术之一,CCUS产业链可能在10年后迎来增长的爆发期,有条件的企业可投入资源逐步开展技术研发、设备研发等,提前布局CCUS产业链。

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