在碳达峰、碳中和“3060”目标背景下，水泥企业应从排放端和吸收端同时发力，积极采取有效的节能减排措施，为行业碳减排做贡献。本文将简要分析和探讨水泥企业碳减排技术路径。

2020年9月，习近平总书记在第七十五届联合国大会上宣布中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策措施，力争2030年前二氧化碳排放达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。“十四五”乃至未来很长的一段时期，减排降碳、低碳发展都将是我国经济社会发展的重要主题。

2021年1月，中国建筑材料联合会发布《推进建筑材料行业碳达峰、碳中和行动倡议书》，提出“水泥等行业要在2023年前率先实现碳达峰”。水泥行业作为碳排放大户，实现碳达峰、碳中和“3060”目标是一项长期、复杂而艰巨的任务，需要在排放端和吸收端同时发力。在排放端，要从源头减少排放源、降低排放强度，应从结构调整、技术创新、节能降耗等方面大力推进碳减排。在吸收端，推动碳捕集、利用和封存，降低碳排放。此外还应大力推进碳排放权交易市场建设，通过经济手段引导鼓励碳减排。

一、碳达峰、碳中和概念

1、碳达峰

碳达峰是指二氧化碳排放总量在某个时间点达到历史最高值，之后二氧化碳的排放总量不再增长而是逐渐回落。这个时间点并非是一个特定时间，而是一个平台期。碳达峰目标包括达峰年份和峰值。

2、碳中和

碳中和是指企业、团体或个人在一定时间内直接和间接产生的二氧化碳排放总量，通过二氧化碳去除手段予以抵消平衡，达到二氧化碳“净零排放”。碳达峰是碳中和的基础，碳中和则是低碳发展的最终目标。

二、水泥企业产生的二氧化碳

1、水泥行业二氧化碳占比

统计数据显示，我国2020年水泥产量达23.77亿t，水泥熟料产量达到15.79亿t。我国2020年水泥行业碳排放总量约12.3亿t，约占全国二氧化碳排放总量的15%左右。我国水泥企业生产1t水泥熟料平均排放0.8~0.9tCO2。

2、水泥企业二氧化碳来源

水泥企业产生的二氧化碳可分为直接排放和间接排放，其中直接排放主要是生料中碳酸盐矿物分解、原料有机碳燃烧、燃料燃烧产生的二氧化碳，集中在熟料烧成环节；间接排放主要是水泥生产消耗电力产生的二氧化碳，其直接排放点并不在水泥厂，而是在火力发电厂。

三、水泥企业碳减排技术路径

1、原料替代技术

石灰石是水泥熟料生产的主要原料，主要成分是碳酸盐矿物，其分解产生的二氧化碳约占水泥企业排放总量的40%~65%，平均值为58.5%。水泥企业通过利用含有钙质但不额外产生二氧化碳的物质作替代原料，能有效降低碳酸盐矿物分解产生的二氧化碳排放量；同时通过减少水泥熟料使用量，也能够减少二氧化碳排放。

研究表明，随着水泥生产技术和装备水平的提升，电石渣可完全替代石灰石生产水泥。新疆米东天山电石渣综合利用工程利用100%的湿排电石渣生产优质水泥熟料。谭明洋等研究表明，磷石膏制酸联产水泥具有良好的前景，使用工业石膏也可减少水泥生料配料中石灰石的使用比例。

2、燃料替代技术

水泥熟料生产需要经过1300~1450℃的高温煅烧，将会消耗大量的化石能源，化石燃料燃烧所产生的二氧化碳约占水泥企业碳排放总量的30%~35%。水泥行业可通过利用废轮胎、衍生燃料、生物质燃料、废油及溶剂、生活垃圾、市政污泥等作为替代燃料。

欧盟等发达国家的水泥企业化石燃料替代率已平均在28%以上，其中德国已达60%以上。我国水泥企业化石燃料替代率还较低，其中海螺在枞阳建成国内首条生物质替代化石燃料项目，一期正常运行后预计可每年节省原煤约4.9万t，实现生物质燃料替代率超过45%。

3、节能减排技术

水泥企业参考二代水泥技术标准对存量生产线进行技术改造和装备升级，推广应用高效粉磨、高效低阻预热器、高能效分解炉及第四代冷却机等节能减排技术与装备，提高余热利用效率，进而降低单位产品的综合能耗，是实现低碳生产的重要途径。

国外水泥企业已广泛利用富氧燃烧技术，美国水泥企业平均提产8%~10%，燃料消耗降低3%~5%。天津院研发了六级组预热预分解系统和生料辊压机终粉磨技术，可实现吨熟料标煤耗低于93kg。我国先进的余热发电吨熟料发电可达40kWh。

4、低碳水泥技术

高贝利特水泥、BCT水泥（贝利特-硫铝酸盐水泥）及LC3水泥等低碳型水泥有望替代普通硅酸盐水泥，能够显著降低水泥生产过程的碳排放，已成为水泥企业关注的重点。

高贝利特水泥熟料中以C2S为主，熟料烧成温度仅为1350℃，因此与普通硅酸盐水泥相比，高贝利特水泥具有低资源消耗、低二氧化碳排放等特点，但早期强度较低。德国海德堡公司发明BCT水泥，其熟料煅烧温度在1250~1300℃，预计可节约燃料和电力消耗10%~15%，CO2排放相比传统普通硅酸盐水泥熟料降低30%。瑞士联邦理工学院(洛桑)开发了LC3水泥，通过火山灰反应和石灰石-黏土的相互作用增强胶凝材料的性能，预计可减少30%的CO2排放和15%~20%的生产能耗。

5、碳捕集技术

碳捕集技术是从工业生产过程中将二氧化碳分离出来，分为燃烧前、燃烧后和富氧燃烧捕捉。燃烧前捕捉具备工艺广泛、能耗比较小、分离设备尺寸相对小、投资低等特点；燃烧后捕捉能耗较高、燃烧设备尺寸庞大，投资运营成本高；富氧燃烧捕捉需要特殊燃烧设备和技术手段，对材料的耐热性也是一个巨大的挑战。

拉法基豪瑞在西班牙建设大型碳捕集及利用项目，主要是收集水泥生产过程中排放的二氧化碳用于农业生产，预计2022年可投入使用，每年可处理70万tCO2。海螺2018年在芜湖白马山水泥厂建成世界首条、规模为5万tCO2/年的水泥窑烟气二氧化碳捕集纯化示范项目。台泥在花莲和平厂建成了首个钙循环碳捕集试验厂，二氧化碳经固碳转换成可供生物代谢运用的有效碳源，并导入富含虾红素成分的微藻养殖，并成功开发生物医药领域产品。

四、结束语

水泥企业在碳达峰、碳中和“3060”目标背景下，应该加快构建清洁低碳、循环高效的生产体系，推广废物利用、原燃料替代、节能减排、低碳水泥及碳捕集等技术应用，持续提高能源和资源利用效率，助力水泥行业绿色低碳、高质高效发展。

转载：作者单位：中国葛洲坝集团水泥有限公司