从“四零一负”构想谈到我国水泥工业碳中和实现的技术途径.pdf
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1、2024年第2 期No.22024中图分类号:TQ172文献标志码:B文章编号:10 0 8-0 47 3(2 0 2 4)0 2-0 0 0 1-0 4D0I编码:10.16 0 0 8/ki.1008-0473.2024.02.001新世纪水泥导报CementGuideforNewEpoch新世纪论坛从“四零一负”构想谈到我国水泥工业碳中和实现的技术途径高长明摘要“四零一负”构想是在2 0 世纪末期总结世界水泥工业技术发展动态与社会发展需求的科技启发与心得,是世界水泥工业可持续发展的战略论断。唯一的缺憾是未能将水泥工业零碳生产考虑进去。但从客观实践的效果来考察,“四零一负”与碳中和实现的途
2、径基本一致。以我国2 0 2 1年实际单位水泥碳排放量610kgCO,/t水泥为基准,在维持水泥强度和性能不变的前提下,积极采用国内外成熟的各项科技创新成果,适当延伸到可能达到的新高度,提出我国2 0 50 年水泥工业达到碳中和的5条减碳技术路径,并分别测算得出各自的减碳效果。关键词水泥工业四零一负零碳生产减碳技术0引言2021年底,中国建筑材料联合会创新性地提出了“六零”工厂概念,以零外购电工厂、零化石能源工厂、零一次资源工厂、零碳排放工厂、零废弃物排放工厂、零员工工厂为目标导向,描绘了建材行业“未来工厂”的美好画卷。工业和信息化部原材料工业司对此给予充分肯定和大力支持,并委托中国建筑材料联
3、合会开展“六零”工厂标准等相关研究工作!。在2 0 2 3年11月30 日的建筑材料行业大会上,中国建筑材料联合会阎晓峰会长在以绿色低碳科技赋能构建现代化建材产业体系为题的报告中指出,在政府、行业、企业、社会协同发力、共同推动下,建材行业绿色低碳发展取得显著成效。与2 0 2 0 年相比,2 0 2 2 年建材行业C0,排放量下降7.6%,水泥行业CO,排放量下降13.9%。水泥行业提前实现碳达峰已成为现实,建材行业迈向碳中和的时代正在到来2。这两件事,使笔者想起“四零一负3”的构想过程,并想再次探讨水泥工业碳中和达标之途径。1“四零一负”构想形成过程20世纪末笔者与国外同行讨论“四零一负”构
4、想时,多数专家学者颇感兴趣,原则上都认同这一提法,但认为欲达到这些目标,尚需时日。19962000年间,笔者曾对水泥工业的环保、余热回收、烧废料、利用二次原燃料和可持续发展等专题发表多篇调研报告和技术文章3-6 ,间接和直接明确地提出了“四零一负”的目标。在逐步形成这一构想的过程中,先后提出过“三零一负”5、“五零一负”、“六零一负”,不管怎样,其最基本的内容始终是一致的。2004年笔者撰文再论水泥工业可持续发展的“四零一负”战略在新世纪水泥导报发表7 ,从此,“四零一负”构想定型。纵观19962004年间笔者发表的多篇调研报告和技术文章(4,“四零一负”构想的主要内涵为:水泥工业应努力实现对
5、生态环境的零污染;对外界电能的零消耗;对废料废渣废水的零排放;对化石燃料的零消耗;以及对全社会废弃物的负增长作出较大的贡献。在提出“四零一负”构想的过程中,得到了吴中伟、朱祖培等前辈专家学者的赞赏和鼓励,之12024年第2 期No.222024后也有一些同仁感觉这种提法可能适用于发达国家,但是距离我国当时水泥工业的现实似乎“太遥远了”,然而随着时间的推移,“四零一负”的基本内容逐步获得广大专家、学者、企业家和政府部门的不同形式、不同程度的认可或赞同。2 0 2 3年6月6 日首个“六零绿色建材日”在京启动,令笔者甚感欣慰。2“四零一负”构想与碳中和理念的关系今天,碳中和理念明确提出,为了应对全
6、球气候变化危机,水泥工业必须大幅减碳,实现零碳生产。因受所处时代和科学技术发展总体水平的限制,零碳生产是“四零一负”构想未能考虑到的重要内容。但是从客观实践的效果来考察,“四零一负”与碳中和实现的途径是基本一致的。因此可以认为,当“四零一负”综合完成率达到95%10 0%之时,亦就是水泥工业实现碳中和之日。现今世界水泥工业的主要情况是,德国“四零一负”综合完成率最高,达7 0%7 5%;西欧北欧各国为6 0%6 5%;中国为40%50%;东南亚、日本、韩国、南美、东欧等各国为15%2 5%;美、加、澳等国为10%左右。如果世界水泥工业2 0 6 0 年达到碳中和,那么留给各国水泥工业还有30
7、多年的时间。显然德国不需要这么多时间,所以德国宣称已将其达到碳中和的年限提前到了2 0 45年。其余大多数国家仍维持在2050年未变。我国已承诺2 0 6 0 年实现碳中和。因为我国水泥工业现在的科技水平业已达到国际先进,创新能力、装备配套、经济实力和人才资源等各方面的基础条件比较坚实齐全。所以笔者认为,只要全盘科学部署得当,我国水泥工业2 0 50 年达到碳中和应是大概率事件。3我国碳中和实现的技术途径兹以我国2 0 2 1年实际单位水泥碳排放量610kgCO,/t水泥为基准,在维持水泥强度和性能不变的前提下,积极采用国内外成熟的各项科技创新成果,适当延伸到可能达到的新高度,笔者分析研究提出
8、,我国2 0 50 年水泥工业达到碳中和的5条减碳技术路径,并分别测算得出各自的减碳效果。详见表1和图1所示。这里首先应该指明,表1中所说的水泥均为GB175-2023国标通用硅酸盐水泥范围内的各品种水泥;绿色低碳新型胶凝材料SCMs、烧黏土水泥LC3、低熟料水泥LCC等,因正在开拓研发试用2高长明:从“四零一负”构想谈到我国水泥工业碳中和实现的技术途径新世纪论坛之中,其强度与性能的要求可以参照GB175-2023中对32.5水泥的指标来衡量。最终测算结果:2 0 2 1年水泥单位碳排放量610kgCO,/t水泥通过表1所示减碳技术路径1 5,2050年可以将碳足迹削减为零,实现水泥工业碳中和
9、。应该说明,表1中各项有关指标后面的*号,表示按照目前的科技水平,其达标是有一定的难度,*号的数目越多,其难度越大。由此可知,要达到碳中和是有相当高的科学技术难度的。我们必须坚持科技创新研发,攻克这些难关才能实现碳中和。表1中减碳路径1是针对水泥的工艺碳排放:就是少用碳足迹最高的熟料(935kgCOz/t.cl.)和高标号水泥,多用碳足迹低的32.5水泥(约6 0 0 kgCOz/t水泥);研发推广采用碳足迹最低的绿色低碳新型胶凝材料SCMs(30 0 50 0 k g CO z t 水泥);降低熟料系数CF到0.55以下;32.5水泥在水泥总消费量中的占比由2 3%上升到30%,硫铝(铁)酸
10、盐水泥、LC3、LC C、S C Ms 等占比由3%上升到15%(这个任务最艰巨),42.5水泥占比由48%下降到30%,52.5水泥占比由2 6%下降到2 5%。其合计减碳效果可达132 kgCO2/t水泥,占2 0 2 1年单位水泥总碳排放量6 10 kgCOz/t水泥的2 1.6%。表1中减碳路径2 是针对水泥熟料殿烧的燃料燃烧碳排放:就是采用可燃(固体和生物质)废弃物10 0%替代化石燃料烧熟料;将熟料单位热耗降到尽可能低(6 0 0 kcal/kg.cl.);研发氢能替代化石燃料。其合计减碳效果可达140 kgCOz/t水泥,占总量的2 3%。表1中减碳路径3是针对水泥的电耗间接碳排
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