加強(qiáng)固廢資源利用 推動(dòng)水泥減碳發(fā)展

水泥行業(yè)節(jié)能減碳?jí)毫薮?。盡管目前針對(duì)水泥工業(yè)的能效提升技術(shù)、燃原料替代技術(shù)以及降低水泥熟料因子等措施，能夠在一定程度上降低水泥生產(chǎn)的碳排放強(qiáng)度，但離實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)還有相當(dāng)長的距離。因此，研發(fā)和應(yīng)用具有極低二氧化碳排放的新型低碳膠凝材料，是行業(yè)發(fā)展的方向。

水泥碳減排任務(wù)艱巨

水泥混凝土材料是迄今為止人類使用量最大的人造材料。全球每年水泥產(chǎn)量超過44億噸、每年消耗的混凝土超過140億立方米。以水泥工業(yè)為基礎(chǔ)的水泥混凝土材料，作為最主要的土木工程材料，幾乎覆蓋了地球上所有的現(xiàn)代人類活動(dòng)場所，包括住房、都市化與城市建設(shè)、道路和基礎(chǔ)設(shè)施——公路、鐵路、機(jī)場、大壩、核電站、海洋工程等，水泥工業(yè)的發(fā)展和成熟奠定了現(xiàn)代人類文明、發(fā)展和繁榮的物質(zhì)基礎(chǔ)。

然而，如此巨量的水泥需求和工業(yè)生產(chǎn)也造成了能源和資源的巨大消耗，尤其是硅酸鹽水泥“兩磨一燒”的制備工藝，單位產(chǎn)品能耗接近4000MJ/t，生料煅燒過程中石灰石原料的分解以及化石燃料（主要是煤）的燃燒，產(chǎn)生大量的CO₂排放，每生產(chǎn)1t水泥熟料排放CO₂約0.95t，水泥行業(yè)已成為繼電力、鋼鐵行業(yè)后的第三大碳排放大戶。

創(chuàng)新固廢處置利用模式

我國作為工業(yè)大國，在原材料的開采和冶煉等加工過程中會(huì)產(chǎn)出大量的固體廢棄物，每年新增的尾礦、粉煤灰、煤矸石、冶煉廢渣、爐渣、赤泥和脫硫石膏等大宗工業(yè)固體廢棄物等接近40億噸，累計(jì)堆存量超過600億噸。固廢的長期堆放不僅侵占土地資源，并且易造成揚(yáng)塵、土壤及地下水污染等環(huán)境問題。盡管近年來固廢的綜合利用水平穩(wěn)步提升，但目前我國大宗工業(yè)固體廢棄物的綜合利用率仍不到45%，與《關(guān)于“十四五”大宗固體廢棄物綜合利用的指導(dǎo)意見》中提出的到2025年大宗固廢綜合利用率達(dá)到60%，還存在較大差距，尤其赤泥和煤氣化渣等，利用率不足10%。

目前，大宗工業(yè)固廢的應(yīng)用主要涉及以下幾類。一是尾礦，二次選礦、制備建材、采空區(qū)充填、制作肥料、尾礦復(fù)墾等；二是冶金渣，用作水泥復(fù)合材、混凝土摻和料、道路材料、回填材料、建材制品等；三是煤矸石，用于電力、建材、回填、化工材料等；四是粉煤灰，用于建材、有價(jià)金屬提取、土壤改良劑和環(huán)保產(chǎn)品等；五是工業(yè)副產(chǎn)石膏，石膏板、石膏砌塊、石膏基砂漿以及高強(qiáng)石膏產(chǎn)品等。

可見，大宗工業(yè)固廢的綜合利用途徑較為傳統(tǒng)單一，無法形成規(guī)模化高值產(chǎn)業(yè)，潛在的鋁硅酸鹽資源還未被很好的開發(fā)和利用。一是因?yàn)榇笞诠I(yè)固廢資源價(jià)值沒有得到應(yīng)有的重視，大宗工業(yè)固廢既有污染屬性，又有極強(qiáng)的資源替代屬性；二是部分關(guān)鍵性技術(shù)還未得到有效的突破，如赤泥由于成分復(fù)雜、堿性高、水分大等因素導(dǎo)致預(yù)處理成本高，缺乏高效低成本處置利用技術(shù)；煤氣化渣因含水率高、過燃碳和芳烴物質(zhì)多等問題而始終缺乏大規(guī)模利用手段。大宗固廢的處置利用模式還需進(jìn)一步創(chuàng)新和提升，如制備堿激發(fā)膠凝材料等固廢基低碳膠凝材料。

堿激發(fā)膠凝材料遇新機(jī)

堿激發(fā)膠凝材料最早提出是為了補(bǔ)充硅酸鹽水泥產(chǎn)量的不足，但如今堿激發(fā)膠凝材料已然成為了低碳膠凝材料的重要方向之一。

首先，其不同于目前以硅酸鹽熟料礦物為主要組成的膠凝體系，直接利用礦渣、粉煤灰等工業(yè)固體廢棄物中的有用成分，無需消耗一次資源；其次，無需煅燒，僅需經(jīng)過簡單的粉磨加工處理，所需的能耗和碳排放極低；再次，堿激發(fā)技術(shù)的使用范圍廣，能夠?qū)崿F(xiàn)大多數(shù)鋁硅酸鹽原料的活化，是一種適用于有高溫?zé)釟v史的鋁硅酸鹽固廢轉(zhuǎn)化為膠凝材料的通用技術(shù)，具有普適性和可推廣性。

隨著近年來國內(nèi)外的廣泛研究和產(chǎn)業(yè)化實(shí)踐，堿激發(fā)膠凝材料的標(biāo)準(zhǔn)體系開始逐步建立和完善、產(chǎn)業(yè)技術(shù)開始實(shí)踐和成熟，堿激發(fā)膠凝材料的產(chǎn)業(yè)化推廣開始提上日程，以工業(yè)固廢等鋁硅酸鹽為基礎(chǔ)的低碳膠凝材料或?qū)⒊蔀槿祟惿鐣?huì)面向未來100年的新型膠凝材料。

固廢基膠凝材料是替代選擇

針對(duì)目前的水泥生產(chǎn)技術(shù)，水泥產(chǎn)業(yè)的碳減排路徑任重道遠(yuǎn)，目前的能效提升技術(shù)將單位熟料綜合能耗降到100kgce/tcl已是接近極限，而目前國內(nèi)水泥窯燃料替代程度還十分有限，不足2%。

原料替代技術(shù)受固廢原料差異的影響，以及高硅酸三鈣熟料體系組成的限制，取代程度有限，只有電石渣取得了良好的成效，但電石渣每年產(chǎn)量只有約3000萬噸，鋼渣、鎂渣、磷渣等也被用于生料配料，代替石灰石和一部分鐵質(zhì)校正原料。一方面，幾種廢渣受原礦資源所限、地域分布不均；另一方面，廢渣中氧化鎂含量以及重金屬含量需要嚴(yán)格控制，因此生料中的取代比例較低，僅可減少1%~2%的石灰石和4%~5%的煤耗。

據(jù)測(cè)算，目前的能效提升技術(shù)、燃料替代技術(shù)、原料替代技術(shù)、低碳水泥技術(shù)也只能將水泥熟料的單位生產(chǎn)能耗降低至約0.44tCO₂/t的水平。因此，水泥行業(yè)要實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)，還必須借助CCUS技術(shù)（碳捕集、利用和封存技術(shù)），這勢(shì)必進(jìn)一步增加水泥的生產(chǎn)成本和消耗更多的能源資源。

因此，水泥行業(yè)要實(shí)現(xiàn)深度減碳和節(jié)能減排，必須從根本上作出變革。盡管目前還沒有非常成熟的膠凝材料體系能夠取代硅酸鹽水泥所占據(jù)的主導(dǎo)地位，但進(jìn)一步深化免煅燒膠凝材料的研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展已經(jīng)勢(shì)在必行，這不僅關(guān)乎水泥及建材行業(yè)自身的長遠(yuǎn)發(fā)展，更關(guān)乎全球未來的可持續(xù)發(fā)展。

水泥行業(yè)不同于鋼鐵、電力等行業(yè)中的材料具有不可替代性，目前以固廢為主的低碳膠凝材料能夠滿足大部分的建材產(chǎn)品的制備要求。因此，以堿激發(fā)膠凝材料等固廢基膠凝材料取代硅酸鹽水泥完全具有可行性。

多方聯(lián)動(dòng)推動(dòng)節(jié)能降碳

從大宗固廢的發(fā)展格局看，利用粉煤灰、脫硫石膏、冶金渣、尾礦等大宗工業(yè)固體廢棄物制備固廢基膠凝材料、堿激發(fā)材料以及地聚物等，在工程混凝土及制品方面都有了很好的示范應(yīng)用，技術(shù)從工藝設(shè)備、產(chǎn)品和標(biāo)準(zhǔn)方面不斷完善，將在道路工程材料、水利工程材料、生態(tài)修復(fù)工程、地下管廊工程、海綿城市建設(shè)工程、園區(qū)和企業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程等領(lǐng)域率先得以廣泛應(yīng)用。隨著技術(shù)成熟度的不斷加深，以固廢利用為主的低碳的膠凝材料及產(chǎn)品將成為市場主流，推動(dòng)水泥及建材行業(yè)達(dá)成深度節(jié)能減碳目標(biāo)。

目前，針對(duì)利廢產(chǎn)品的應(yīng)用還缺乏有力政策支持，如產(chǎn)廢企業(yè)的以渣定產(chǎn)等政策尚未得到國家、地方管理部門和跨行業(yè)應(yīng)用部門的有效充分支持。技術(shù)所處的發(fā)展階段、水平和適用性存在較大差別，技術(shù)與資源和區(qū)域市場適配性差、對(duì)從業(yè)人員的專業(yè)技術(shù)要求較高，系統(tǒng)的低碳水泥專業(yè)技術(shù)人員、產(chǎn)品銷售人員、工程設(shè)計(jì)人員較少等問題，固廢基低碳膠凝材料技術(shù)還未能打開市場。

重大技術(shù)突破和重要產(chǎn)業(yè)的緊密聯(lián)動(dòng)是推動(dòng)行業(yè)節(jié)能降耗的重要方式。堿激發(fā)膠凝材料等固廢低碳膠凝材料的突破，不僅將帶動(dòng)上游固廢排放產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色轉(zhuǎn)型，緩解資源環(huán)境對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展約束，還可帶動(dòng)下游建材產(chǎn)品的低碳化創(chuàng)新和變革。

政府可以通過制定相關(guān)政策和法規(guī)，提供資金支持和優(yōu)惠政策，推動(dòng)技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新；企業(yè)可以積極投入研發(fā)，探索新的商業(yè)模式和市場機(jī)會(huì)；學(xué)術(shù)界可以進(jìn)行前沿技術(shù)研究，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供新的思路和方向。多方攜手共同推動(dòng)固廢基膠凝材料在水泥行業(yè)節(jié)能減碳中發(fā)揮突出作用。