在碳達峰、碳中和“3060”目標背景下，水泥企業(yè)應從排放端和吸收端同時發(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。本文將簡要分析和探討水泥企業(yè)碳減排技術路徑。

2020年9月，習近平總書記在第七十五屆聯(lián)合國大會上宣布中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策措施，力爭2030年前二氧化碳排放達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和?！笆奈濉蹦酥廖磥砗荛L的一段時期，減排降碳、低碳發(fā)展都將是我國經濟社會發(fā)展的重要主題。

2021年1月，中國建筑材料聯(lián)合會發(fā)布《推進建筑材料行業(yè)碳達峰、碳中和行動倡議書》，提出“水泥等行業(yè)要在2023年前率先實現(xiàn)碳達峰”。水泥行業(yè)作為碳排放大戶，實現(xiàn)碳達峰、碳中和“3060”目標是一項長期、復雜而艱巨的任務，需要在排放端和吸收端同時發(fā)力。在排放端，要從源頭減少排放源、降低排放強度，應從結構調整、技術創(chuàng)新、節(jié)能降耗等方面大力推進碳減排。在吸收端，推動碳捕集、利用和封存，降低碳排放。此外還應大力推進碳排放權交易市場建設，通過經濟手段引導鼓勵碳減排。

一、碳達峰、碳中和概念

1、碳達峰

碳達峰是指二氧化碳排放總量在某個時間點達到歷史最高值，之后二氧化碳的排放總量不再增長而是逐漸回落。這個時間點并非是一個特定時間，而是一個平臺期。碳達峰目標包括達峰年份和峰值。

2、碳中和

碳中和是指企業(yè)、團體或個人在一定時間內直接和間接產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，達到二氧化碳“凈零排放”。碳達峰是碳中和的基礎，碳中和則是低碳發(fā)展的最終目標。

二、水泥企業(yè)產生的二氧化碳

1、水泥行業(yè)二氧化碳占比

統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，我國2020年水泥產量達23.77億t，水泥熟料產量達到15.79億t。我國2020年水泥行業(yè)碳排放總量約12.3億t，約占全國二氧化碳排放總量的15%左右。我國水泥企業(yè)生產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、原料有機碳燃燒、燃料燃燒產生的二氧化碳，集中在熟料燒成環(huán)節(jié)；間接排放主要是水泥生產消耗電力產生的二氧化碳，其直接排放點并不在水泥廠，而是在火力發(fā)電廠。

三、水泥企業(yè)碳減排技術路徑

1、原料替代技術

石灰石是水泥熟料生產的主要原料，主要成分是碳酸鹽礦物，其分解產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)通過利用含有鈣質但不額外產生二氧化碳的物質作替代原料，能有效降低碳酸鹽礦物分解產生的二氧化碳排放量；同時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，隨著水泥生產技術和裝備水平的提升，電石渣可完全替代石灰石生產水泥。新疆米東天山電石渣綜合利用工程利用100%的濕排電石渣生產優(yōu)質水泥熟料。譚明洋等研究表明，磷石膏制酸聯(lián)產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

水泥熟料生產需要經過1300~1450℃的高溫煅燒，將會消耗大量的化石能源，化石燃料燃燒所產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)達國家的水泥企業(yè)化石燃料替代率已平均在28%以上，其中德國已達60%以上。我國水泥企業(yè)化石燃料替代率還較低，其中海螺在樅陽建成國內首條生物質替代化石燃料項目，一期正常運行后預計可每年節(jié)省原煤約4.9萬t，實現(xiàn)生物質燃料替代率超過45%。

3、節(jié)能減排技術

水泥企業(yè)參考二代水泥技術標準對存量生產線進行技術改造和裝備升級，推廣應用高效粉磨、高效低阻預熱器、高能效分解爐及第四代冷卻機等節(jié)能減排技術與裝備，提高余熱利用效率，進而降低單位產品的綜合能耗，是實現(xiàn)低碳生產的重要途徑。

國外水泥企業(yè)已廣泛利用富氧燃燒技術，美國水泥企業(yè)平均提產8%~10%，燃料消耗降低3%~5%。天津院研發(fā)了六級組預熱預分解系統(tǒng)和生料輥壓機終粉磨技術，可實現(xiàn)噸熟料標煤耗低于93kg。我國先進的余熱發(fā)電噸熟料發(fā)電可達40kWh。

4、低碳水泥技術

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過程的碳排放，已成為水泥企業(yè)關注的重點。

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，但早期強度較低。德國海德堡公司發(fā)明BCT水泥，其熟料煅燒溫度在1250~1300℃，預計可節(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)邦理工學院(洛桑)開發(fā)了LC3水泥，通過火山灰反應和石灰石-黏土的相互作用增強膠凝材料的性能，預計可減少30%的CO2排放和15%~20%的生產能耗。

5、碳捕集技術

碳捕集技術是從工業(yè)生產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、分離設備尺寸相對小、投資低等特點；燃燒后捕捉能耗較高、燃燒設備尺寸龐大，投資運營成本高；富氧燃燒捕捉需要特殊燃燒設備和技術手段，對材料的耐熱性也是一個巨大的挑戰(zhàn)。

拉法基豪瑞在西班牙建設大型碳捕集及利用項目，主要是收集水泥生產過程中排放的二氧化碳用于農業(yè)生產，預計2022年可投入使用，每年可處理70萬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tCO2/年的水泥窯煙氣二氧化碳捕集純化示范項目。臺泥在花蓮和平廠建成了首個鈣循環(huán)碳捕集試驗廠，二氧化碳經固碳轉換成可供生物代謝運用的有效碳源，并導入富含蝦紅素成分的微藻養(yǎng)殖，并成功開發(fā)生物醫(yī)藥領域產品。

四、結束語

水泥企業(yè)在碳達峰、碳中和“3060”目標背景下，應該加快構建清潔低碳、循環(huán)高效的生產體系，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應用，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、高質高效發(fā)展。

轉載：作者單位：中國葛洲壩集團水泥有限公司