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碳中和目标下我国水泥行业面临的挑战与机遇

来源:环保节能网
时间:2021-03-09 09:02:10
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碳中和目标下我国水泥行业面临的挑战与机遇碳达峰 碳中和 碳排放大气网讯: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

碳达峰 碳中和 碳排放

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。