水泥行業(yè)即將納入碳交易體系！

近日，中國環(huán)境等多家媒體報道，全國碳市場擴大行業(yè)覆蓋范圍專項研究啟動會順利召開，預示著碳交易市場即將納入新的血液！  

北理工大學發(fā)布的《中國碳市場回顧與最優(yōu)行業(yè)納入順序展望(2023)》報告，指出下一階段全國碳市場擴大覆蓋范圍時的行業(yè)優(yōu)先納入順序為：水泥制造、煉鋼、平板玻璃制造等。  

中國水泥的碳排放量占總排放的13.5%，約為12億噸，面對如此巨大的排放量，水泥行業(yè)該如何減碳？水泥企業(yè)有哪些機會，如何開展碳核算和實現(xiàn)脫碳，以迎接碳市場？  

下文對目前常見的水泥減碳技術進行了講解，為水泥行業(yè)的綠色轉型提供思路。此外，從上萬份資料中精選出了50份水泥減碳相關資料，大家也可以結合文章閱讀。

住房城鄉(xiāng)建設部數(shù)據(jù)顯示，截至2022年上半年，中國新建綠色建筑面積占新建建筑的比例已超過90%，全國新建綠色建筑面積由2012年的400萬平方米增長至2021年的20億平方米。  

作為建筑重要的組成部分，生產耗能大且碳排放高的水泥，目前正面臨著綠色化轉型的艱難挑戰(zhàn)。  

如果將全球水泥行業(yè)看作一個國家，那么它將是僅次于中國和美國的第三大碳排放國。水泥行業(yè)該如何減排？有哪些企業(yè)實踐案例可以參考？  

水泥行業(yè)納入碳市場邏輯  

5月17日，歐盟碳邊境調節(jié)機制（CBAM）最終定稿，同意對進口鋼鐵、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)，而當前我國碳交易市場僅納入了電力行業(yè)，這意味著未納入碳交易市場行業(yè)的企業(yè)向歐盟出口產品時，暫無法通過支付國內碳排放成本來合法減免碳關稅。  

據(jù)統(tǒng)計，2022年，歐盟從我國進口的水泥只有1146萬歐元（2.1萬噸），占2022年全國水泥產量21.18億噸的0.001%。雖然以歐盟為市場的中國生產的水泥總量并不多，但涉及的企業(yè)免不了要為歐盟“碳關稅”買單。  

國內外相關信號的釋放值得水泥行業(yè)思考。水泥行業(yè)被“擴大”入圍的腳步正在臨近，它是否真的就是下一個進入碳市場的行業(yè)呢？  

邏輯之一是，國內碳市場經(jīng)過近兩年的平穩(wěn)有序運行，交易價格穩(wěn)中有升，為氣候變化相關因素以定量化形式納入到各主體進行投資收益、風險評估、投資組合管理過程中奠定了核心基礎。制度體系、技術規(guī)范、基礎設施建設、能力建設等各項工作任務在積極推進，并推動全國碳市場取得了積極進展。  

邏輯之二是，水泥行業(yè)已經(jīng)開展了碳排放權交易試點工作，有171家水泥企業(yè)參與了試點地區(qū)碳市場，非試點地區(qū)的1000多家水泥企業(yè)定期接受主管部門的碳排放核查。通過分析參與碳交易的試點企業(yè)，其所在省份的水泥行業(yè)碳排放強度普遍低于非試點省份。在相同工藝技術及裝備水平一致的條件下，可以初步判斷碳交易對水泥行業(yè)的整體減排具有實際作用。試點工作為水泥碳交易市場奠定了很好的基礎，積累了很好的經(jīng)驗。  

邏輯之三是，在水泥行業(yè)去產能、削減實際供給仍缺乏行之有效的方案之前，避免惡性競爭、通過錯峰生產降本增效、產能置換、維護行業(yè)健康生態(tài)等共識，是目前水泥行業(yè)實施供給側結構性改革的多元途徑和信念支撐。但在需求復蘇較為平緩的情況下，加快供需關系修復和行業(yè)利潤率修復的速度，才是行業(yè)企業(yè)愿意看到的。通過全國碳市場完成碳交易這種比較純粹的市場化行為，極有可能成為化解產能過剩的根本性政策工具。  

水泥行業(yè)穩(wěn)妥有序進入全國碳市場，這對于具有競爭優(yōu)勢的頭部企業(yè)來說，未嘗不是一件好事。大企業(yè)有望通過兼并收購進一步擴張，增強話語權，價格中樞有望逐步抬升，并通過骨料等業(yè)務打造新的增長極。而對于中小企業(yè)來說，則面臨著較大成本壓力。  

成本壓力其實就是通過碳市場把降碳責任真正壓實到每一個企業(yè)時所觸及到的痛點。生產經(jīng)營成本、管理成本、人力成本、交易成本等都有可能發(fā)生增項，特別是為降碳而投入的科技創(chuàng)新成本，更令企業(yè)有一絲擔心其變?yōu)槌翛]成本的隱憂。  

首先，碳交易將直接影響水泥企業(yè)的生產經(jīng)營成本，如果企業(yè)的配額不夠，就需要購買，這時候企業(yè)的生產經(jīng)營成本就增加了；  

其次，進入碳市場，企業(yè)要增設專門的部門、人員和崗位，來完成碳排放核算報告、建立自身碳排放數(shù)據(jù)管理體系，同時還要引進金融專業(yè)人員，制定碳交易策略，完成碳市場交易工作。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)也要做出科學合理的判斷和選擇。進入碳市場，就意味著企業(yè)必須要為使用碳排放權而買單，反映碳排放成本的價格信號已基本形成，這一信號將成為影響企業(yè)制定生產計劃和調整用能結構的重要影響因素之一。  

國家重點研發(fā)計劃課題《建材行業(yè)企業(yè)高階管理體系及低碳企業(yè)評價研究》中關于水泥企業(yè)碳資產工作的結果調研顯示如下：  

調研結果顯示，水泥企業(yè)主要訴求在碳資產管理的技能能力，交易能力，碳市場價格影響因素與市場發(fā)展規(guī)律認知的提升，在培訓之外，幫助水泥企業(yè)建立可靠的交易渠道或者碳資產金融服務更是核心競爭力的體現(xiàn)之處。  

目前，全國碳市場的激勵約束作用初步顯現(xiàn)，增強了企業(yè)“排碳有成本、減碳有收益”的綠色低碳意識，有效發(fā)揮了碳定價功能。  

水泥行業(yè)節(jié)能減碳技術路徑  

就目前普遍水泥生產工藝而言，二氧化碳排主要源于燃料燃燒和熟料的生產，其生產過程中生料預分解和回轉窯兩道工序又占了約90%的碳排。  

1.提高工藝技術水平，降低水泥單位能耗  

自上世紀八十年代以來，我國水泥工藝技術水平不斷提升，水泥單位能耗不斷降低。表1是按照GB16780《水泥單位產品能源消耗限額》，使用“可比熟料”、“可比水泥”能耗值的相關計算才具有可比性，因此，文中熟料和水泥的CO₂排放值都按此原則計算。  

2.使用替代燃料，降低化石燃料  

水泥生產過程中可以使用替代燃料來減少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)替代燃料主要有焦爐氣、煉油氣、裂解氣、埋填的廢物產生的氣體等。  

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.提高熟料質量，降低熟料系數(shù)  

在保證相同水泥性能的條件下，熟料質量越好，摻入的混合材可以越多。而當混合材用量增加1%時，水泥熟料用量就可減少1%。  

4.降低原材料碳酸鹽分解的CO₂排放  

使用鈣質替代原料  

水泥生產中碳酸鹽分解產生57.73%的CO₂，用鈣質工業(yè)固廢來替代石灰石可以顯著減少碳酸鹽分解排放。通常可利用的工業(yè)固廢有電石渣、高爐礦渣、鋼渣及粉煤灰等。  

歐洲水泥協(xié)會預計2030年使用鈣質替代原料可以減少CO₂排放3.5%，到2050年將減少8%。  

由此可見，使用鈣質替代原料能夠顯著的減少CO₂排放，具有較大的推廣應用空間。但鈣質替代原料存在來源不足，成份不穩(wěn)定，且對水泥質量有影響等問題。  

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，且隨著世界各國經(jīng)濟和基建的不斷發(fā)展，水泥需用量逐年增加，對地球生態(tài)環(huán)境和氣候變化的負面作用逐漸明顯，發(fā)展低碳膠凝材料體系，科學的部分取代硅酸鹽水泥十分必要。  

5.選擇適合的工藝類型  

當然不同的水泥生產工藝也會導致消耗的能量不同。目前水泥生產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：  

對于燒成系統(tǒng)裝備可全部使用導熱系統(tǒng)低的優(yōu)質隔熱材料，該技術在國內已成熟應用。但是，像是采用交叉換熱或多級換熱技術，特別是六級以上的技術尚未推廣應用。  

交叉換熱指的是將物料在換熱預熱器中的兩個倉內進行交替，料流交叉進入平行氣流中，使100%的物料與50%的氣流交換熱量進一步提高系統(tǒng)的熱交換率，降低廢氣的溫度。  

6.運用平臺化監(jiān)控，節(jié)能技術等數(shù)字化管理  

根據(jù)水泥生產工藝的特點，開發(fā)一系列節(jié)能技術、監(jiān)控管理軟件也是目前工程師們專注的領域，例如低溫余熱發(fā)電、水泥窯節(jié)能監(jiān)控，目前有國外團隊開發(fā)了干粉智能工廠，包括云技術，設備與建筑廢料生產于一體的整體解決方案。我國數(shù)字化發(fā)展早已滲透在工業(yè)制造中，全面推行水泥生產數(shù)字化、智能化技術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  

CCUS目前是全球公認的解決高碳排的有效途徑之一，即把生產過程中排放的二氧化碳進行提純，繼而投入到新的生產過程中，可以循環(huán)再利用，而不是簡單地封存。我國海螺集團開發(fā)了一套水泥窯煙氣二氧化碳純化環(huán)保的示范生產線項目。不過目前國內的CCUS發(fā)展仍然普遍艱難。真正想運用到實際生產中，還需要更多的研究嘗試。  

8.其他諸如水泥配料檢測等技術  

該類型的技術主要是通過提高水泥的品控、有效指導生產，來降低水泥生產損耗進而降低碳排。例如對水泥自動配料系統(tǒng)的旁線元素分析儀的研究，通過在線檢測技術的發(fā)展，開發(fā)基于中子活化原理的水泥旁線元素分析儀自動配料系統(tǒng)，來實現(xiàn)對水泥元素含量的穩(wěn)定控制。  

水泥企業(yè)減排實踐  

為推動我國實現(xiàn)“3060”雙碳目標，華潤水泥以關鍵減碳技為出發(fā)點，系統(tǒng)總結了水泥行業(yè)先進制造和綠色環(huán)保經(jīng)驗并進行了有效實踐。  

華潤水泥針對水泥行業(yè)“兩磨一燒”的生產特點，提出“3C（carbon）”節(jié)能減碳體系，即源頭低碳、過程減碳、末端去碳三方面內容，圍繞礦山、燒成系統(tǒng)、粉磨系統(tǒng)、混凝土等產業(yè)鏈制定節(jié)能減碳技術路線，解決行業(yè)降碳難題，幫助企業(yè)降低水泥生產過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水泥各生產基地，取得了一定成效。  

1.源頭低碳技術  

是指通過原燃料替代、采用清潔能源等方式，降低生產中傳統(tǒng)化石能源投入量，拓寬能源利用范圍，從根本上實現(xiàn)源頭減排。  

一是使用替代燃料。如華潤水泥廣西田陽、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8.5萬噸標煤。  

二是使用替代原料。華潤水泥在福建龍巖、貴州金沙等水泥工廠采用多重工業(yè)固廢替代水泥生產原料，通過減小生產過程中的熱耗，降低煤炭消耗，每年可減少煤炭用量約12萬噸標煤。  

三是開發(fā)水泥窯協(xié)同處置專業(yè)裝備。針對國內現(xiàn)有水泥窯爐化石燃料替代率低的難題，華潤水泥圍繞城鄉(xiāng)生活垃圾、生物質替代燃料處置工藝，開發(fā)了一套具有自主知識產權的旋迴爐裝備，可實現(xiàn)分解爐燃料替代率最大≥50%，達成單條生產線二氧化碳減排量13萬噸/年的目標。目前項目處于工程化驗證階段，將來會逐步推廣至全公司，助力企業(yè)實現(xiàn)綠色、低碳轉型升級。  

2.過程減碳技術  

是指采用新一代低能耗集成創(chuàng)新技術與裝備優(yōu)化升級現(xiàn)有生產線，降低系統(tǒng)煤耗、電耗，不斷提升能效水平。我國水泥行業(yè)已頒布能耗限額標準，華潤水泥主動在碳減排端深挖潛，謀創(chuàng)新，制定“碳達峰”路線圖。  

一是應用高效節(jié)能節(jié)電技術。在高效粉磨裝備及工藝技術端，實施水泥粉磨、選粉工藝優(yōu)化升級改造，并集成應用磁/氣懸浮風機等先進節(jié)能裝備，實現(xiàn)系統(tǒng)電耗降低，逐步提升工廠運營水平。  

二是應用低能耗水泥煅燒技術。在低碳工藝上，預熱預分解系統(tǒng)圍繞高換熱效率、低阻力進行設計改造；在先進裝備上，采用新一代冷卻機、納米隔熱材料，通過數(shù)字化智能型控制與管理技術實現(xiàn)水泥窯生產精準控制。2021年起，華潤水泥主要聚焦以上兩項過程減碳技術，相繼在廣東封開和廣西南寧、貴港、上思、平南等水泥工廠開展長效性節(jié)能減碳工藝裝備優(yōu)化升級工作，同步降低了企業(yè)電能和煤炭消耗，每年可減少用電約990萬千瓦時，減少煤炭用量2萬噸標煤，取得了初步成效。  

三是利用余熱發(fā)電的同時大力推廣風電及光伏發(fā)電。華潤水泥不僅將生產中富余的熱量進行發(fā)電，能源回收利用，同時結合華潤集團多元化業(yè)務優(yōu)勢，計劃聯(lián)合華潤電力綜合采用風電及光伏發(fā)電新技術，實現(xiàn)熟料生產線“零外購電”。  

3.末端去碳技術  

是指通過生物固碳和二氧化碳捕集、利用和封存（CCUS）等技術，將企業(yè)排放二氧化碳再循環(huán)。華潤水泥已提前在末端去碳技術上開展產業(yè)布局，為水泥行業(yè)“碳達峰”后續(xù)工作做好技術儲備，旨在持續(xù)推動企業(yè)綠色轉型升級，實現(xiàn)高質量發(fā)展。  

一是生物固碳技術。華潤水泥與航天神州生物科技集團有限公司聯(lián)合開展的節(jié)能降碳研發(fā)項目，為碳循環(huán)經(jīng)濟提供有效路徑。研究發(fā)現(xiàn)，航天育種的太空蘆竹具有很強的吸碳、固碳能力，在一個生長季中，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)約標煤用量7.3噸。目前，華潤水泥已在廣西田陽開展太空蘆竹的適應性種植試驗，探索太空蘆竹固碳效果、生物質能源等產業(yè)化開發(fā)運營模式。  

二是二氧化碳捕集技術。華潤水泥已確立于2023年建設完成一套10萬噸/年碳自富集技術研發(fā)平臺。該項目是華潤水泥自主研發(fā)的碳捕集技術路線，打破主流化學吸收法、膜分離法捕集二氧化碳的模式，在碳捕集裝備上開展了有針對性的研發(fā)和升級，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，具有低成本、低能耗、低碳排放值等技術優(yōu)勢。  

三是二氧化碳利用、封存技術。近年來混凝土固化二氧化碳技術被視為最具潛力的碳封存路徑之一，混凝土堿性環(huán)境下二氧化碳可轉化成穩(wěn)定的碳酸鹽物質，達到永久固化目的。華潤水泥計劃通過碳利用研發(fā)平臺開發(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、碳消費難的問題。  

目前，水泥需求下行趨勢凸顯，能源價格居高不下，成本長期高企，利潤不斷壓縮成為常態(tài)，提高能效水平，降低成本壓力成為水泥企業(yè)提升綜合實力與市場競爭力的關鍵突破點。

中國水泥網(wǎng)將于2023年7月6-7日，在重慶舉行“2023中國水泥節(jié)能與新能源發(fā)展大會”， 從節(jié)能改造，光伏、儲能等技術應用，綠電、替代燃料替代傳統(tǒng)能源轉型等方面出發(fā)，共同探討水泥行業(yè)節(jié)能降耗新途徑。

會后將參觀東方希望重慶水泥預熱器“5級改6級”節(jié)能示范線、蒸汽拖動風機節(jié)能項目等。