水泥行業(yè)綠色低碳路徑分析

水泥的生產(chǎn)過程較為復雜，需完成生料制備、熟料煅燒、水泥粉磨三個工 藝環(huán)節(jié)。

在碳排放方面，熟料煅燒環(huán)節(jié)的碳排放占比為 95%以上，主要來自 化石燃料燃燒（燃燒排放，占 35%）以及碳酸鹽分解產(chǎn)生的二氧化碳（過程 排放，占 60%），而電力消耗產(chǎn)生的碳排放約占全流程的 5%。以我國目前的 水泥工藝水平，噸水泥的碳排放強度約為 0.58 噸二氧化碳當量，噸熟料的碳 排放強度約為 0.86 噸二氧化碳當量。

目前，我國的水泥生產(chǎn)高度依賴化石燃料，替代能源的替代比例相較于發(fā) 達國家而言較低，且過程排放（以石灰石為核心原材料）是水泥行業(yè)減排的最 大難點。《水泥行業(yè)碳減排技術(shù)指南》指出到 2025 年，水泥行業(yè)能效標桿水 平以上的熟料產(chǎn)能比例達到 30%，能效基準水平以下熟料產(chǎn)能基本清零，行 業(yè)節(jié)能降碳效果顯著，綠色低碳發(fā)展能力大幅增強。為此，水泥行業(yè)的綠色低 碳路徑需著眼于源頭低碳、過程減碳和末端去碳。

1) 源頭低碳： a) 防范過剩產(chǎn)能新增，低效產(chǎn)能有序退出。加強總量控制，嚴控新 增產(chǎn)能，推動產(chǎn)業(yè)向高端化、高附加值邁進。嚴格落實水泥產(chǎn)能置換政策，加大對過剩產(chǎn)能的控制力度，確保總產(chǎn)能維持在合理 區(qū)間。 b) 完善水泥錯峰生產(chǎn)。精準施策安排好錯峰生產(chǎn)，推動全國水泥錯 峰生產(chǎn)有序開展。 2) 過程減碳： a) 改善用能結(jié)構(gòu)。改變以煤炭為主體的燃料結(jié)構(gòu)，加大低碳能源在 燃料及電力中的替代率，主要是使用固體廢物、生物質(zhì)燃料，以 及其他新型燃料如氫能、電力等作為替代，加大低溫余熱高效利 用技術(shù)的研發(fā)推廣力度；采用分布式光伏等可再生能源，降低外 購電力消耗；突破全氧、富氧、電熔等工業(yè)窯爐節(jié)能降耗技術(shù)； 加強計量和能源數(shù)據(jù)的在線監(jiān)控，實現(xiàn)智能化管理。

b) 通過燃燒過程實現(xiàn)二氧化碳自富集的技術(shù)：主要包括富氧燃燒技 術(shù)和全氧燃燒技術(shù)，這些技術(shù)能夠有效提高二氧化碳的濃度，從 而降低捕集成本并減少對環(huán)境的影響。富氧燃燒技術(shù)是通過提高 燃燒空氣中的氧氣含量，減少燃料的使用量，減少廢氣排放和能 源消耗，進而提高燃燒效率。而全氧燃燒技術(shù)則使用純氧替代空 氣進行燃燒，燃燒后的尾氣通過循環(huán)富集等方式可使 CO2 濃度 達到 85%以上。可以大幅降低后端煙氣的 CO2 捕集成本，提高 燃燒效率。 這類技術(shù)目前已經(jīng)在部分工廠中實現(xiàn)應(yīng)用，如山東青州中聯(lián)水泥 有限公司實施的全氧燃燒耦合碳捕集工程，使煙氣中二氧化碳濃 度從常規(guī)的 20%至 30%提高到 75%以上，有效降低了碳捕集提 純系統(tǒng)運行成本。但值得注意的是，富氧燃燒技術(shù)需要增加空氣 分離制氧系統(tǒng)，而全氧燃燒技術(shù)需要額外的氧氣制備系統(tǒng)，在增 加了系統(tǒng)的復雜性之外，也提高了生產(chǎn)過程的全流程成本，或在 一定程度上限制了該技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用。 c) 調(diào)整水泥品種結(jié)構(gòu)。熟料替代，即控制水泥中的熟料用量，降低 單位水泥碳強度；原料替代，即替換原料中的部分石灰石，提高 磷石膏、氟石膏、錳渣、赤泥、鋼渣等含鈣資源的替代比重；廢 物利用，即利用工業(yè)廢渣如礦渣、粉煤灰、爐渣、石膏等作為水 泥生產(chǎn)的替代原料，通過配料調(diào)整和工藝優(yōu)化，實現(xiàn)資源化利用； 設(shè)計新品種低碳水泥，研發(fā)非硅酸鹽礦物為主導礦相的新型熟料 體系，如高貝利特水泥、硫（鐵）鋁酸鹽水泥等，支持發(fā)展高品 質(zhì)水泥、特種專用水泥和散裝水泥等。

3) 末端去碳： a) 化學溶劑法：包括可再生能循環(huán)使用的 MEA（一乙醇胺）有機 胺溶劑，以及大連理工大學張永春教授團隊開發(fā)的低濃度 CO2 捕集、高濃度 CO2 提純技術(shù)； b) 新型吸收劑技術(shù)：以雙胺為活性中心的新型吸收劑，消除因伯仲 胺與氧氣反應(yīng)的弊端，運行全過程中不損耗不補加。 這些技術(shù)不僅能夠捕集二氧化碳，還能在有效降低生產(chǎn)能耗（新 型吸收劑技術(shù)綜合能耗只有 2.2GJ/TCO2）與運行成本的同時提 高回收二氧化碳氣體的產(chǎn)品質(zhì)量（能夠?qū)?CO2 提純到 99.9%食 品級和最高達到 99.9999%（電子級）的世界最高水平）。 受近年來投資增長整體放緩、房地產(chǎn)下行、上游原燃料成本提高、環(huán)保能 耗約束力增強等因素的影響，水泥產(chǎn)量下滑態(tài)勢明顯，未來年增速預計在-5%， 可能會對傳統(tǒng)產(chǎn)品生產(chǎn)成本端的技術(shù)改造升級項目造成一定阻力；同時受國際 形勢不斷變化的影響（如主流呼吁環(huán)保的西方國家近年來在碳中和行動相關(guān)的 發(fā)言表態(tài)的調(diào)整），也或?qū)樵擃惣夹g(shù)的推進帶來一定的不確定性。

根據(jù)國家政策規(guī)定，至 2025 年，水泥行業(yè)應(yīng)確保能效標桿水平的產(chǎn)能比 例超過 30%，且水泥窯使用替代燃料技術(shù)生產(chǎn)線比例達到 30%。綜合考慮市 場平均成本水平及通貨膨脹因素的影響，預計水泥的總成本將約為 310 元/噸。 其中，實施節(jié)能低碳措施所需的設(shè)備改造成本占整體成本的 33%，而燃料轉(zhuǎn) 型成本則按市場估算為 98 元/噸。鑒于水泥低碳化生產(chǎn)的核心措施在于設(shè)備更 新和燃料節(jié)能，且水泥低碳技術(shù)發(fā)展相對成熟，因此推算出 2025 年該領(lǐng)域的 投資規(guī)模將達到 644.10 億元，至 2030 年規(guī)?；蚩蛇_到 617.34 億元，其中能 效提升類設(shè)備改造投資規(guī)模 80 億，燃料轉(zhuǎn)型投資 530 億。

低碳水泥的產(chǎn)品市場前景或相對更加樂觀。據(jù)統(tǒng)計，2023 年按照市場價 格估算，全國低碳水泥市場規(guī)模突破至 2700 億元，較 2018 年復合增長了 34.16%。未來，隨著國家碳中和政策的推動以及碳交易體系的發(fā)展，我國低 碳水泥市場規(guī)模有望進一步擴容，三年內(nèi)市場規(guī)模有望突破 4000 億元規(guī)模， 至 2030 年達到 5300 億元。 此處需要說明的是，據(jù) GIR（Global Info Research）測算，2030 年全球 綠色水泥的市場規(guī)模僅數(shù)百億美元，據(jù)此估計我國低碳水泥市場規(guī)模也將為數(shù) 百億人民幣的市場規(guī)模。我們認為此處的測算差異可能源于對低碳水泥本身的 產(chǎn)品定義和界定標準不同。