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报告精华 | 中国水泥行业的碳中和路径

时间：2023-09-23 来源：浏览：

报告精华 | 中国水泥行业的碳中和路径

能源基金会碳中和专委会王挺

碳中和专委会王挺

微信号 A18515452808

功能介绍从政策建议、从业规范、交流合作、能力培训以及标准制定等多方面落实国家“碳达峰碳中和”战略目标，积极参与全国碳排放权交易市场建设工作，助推企业低碳发展能力的不断提升

收录于合集

中国水泥产量自1985年以来已连续38年稳居世界第一，目前产量约占世界水泥总产量的55%左右。水泥行业的能源结构以燃煤为主（占85%左右），属于能源资源密集型行业。2020年，中国水泥行业二氧化碳排放量估算13.79亿吨，占全国总排放（含工艺过程排放）的12%。因此，降低水泥行业的碳排放对实现双碳目标至关重要。

近期，由能源基金会支持、中国建筑材料科学研究总院有限公司何捷教授团队完成的《中国水泥行业碳中和路径研究报告》，系统梳理并研究水泥行业能源消耗、碳排放现状及趋势、关键降碳技术等，同时采用多因素拟合分析模型，预测水泥熟料消费量，测算结果显示2060年行业碳排放量在0.29亿吨左右（考虑CCUS贡献），可以实现近零排放。

水泥在生产过程中排放的温室气体主要涉及二氧化碳，其直接排放集中在窑系统，包括能源活动排放（煤炭燃烧）和工艺过程排放（碳酸盐分解），间接排放主要是电力消耗，此外还有少量原材料及产品运输引起的二氧化碳排放（占总排放量不足1%，本报告中未具体测算）。常规情况下，吨水泥熟料二氧化碳排放总量在0.813-0.942吨区间分布。

图1 水泥行业碳排放环节示意图及占比

宏观视角下，根据国家统计局及中国水泥协会的公开数据，由于中国水泥行业熟料产量在过去很长一段时间持续增长，二氧化碳排放量也持续增长，到2020年达到13.79亿吨。但是，近两年全国水泥市场需求明显收缩，在量价齐跌、成本高涨的双向挤压背景下，二氧化碳排放下降趋势也逐渐凸显。根据项目组测算，2022年水泥行业二氧化碳排放量较2020年下降13.77%。

考虑到水泥行业当前微观、宏观碳排放现状，本研究采用基于情景分析方法的模型，结合技术发展预测水泥行业碳减排趋势。到2060年，水泥行业碳排放量在0.29亿吨左右（考虑CCUS的贡献），将实现近零排放；同时，水泥和熟料的碳排放强度将分别下降到50kg/t和68kg/t。

图2 2007-2022年（15年）中国水泥行业二氧化碳排放情况

图3 碳中和目标下水泥行业二氧化碳排放预测

作为高耗能行业，水泥行业需要加速推进低碳转型，实现碳中和的主要技术路径为需求量降低减碳、低碳水泥减碳、能效提升减碳、能源替代减碳、CCUS减碳等。本研究测算各技术路径最终减碳贡献度分别为59.9%，3.1%，9.3%，9.4%，18.3%。

图4 不同技术路径的减排贡献

熟料与水泥产需预测

熟料产量和消费量变化是驱动水泥行业碳排放总量变化的最大影响因素。基于中国水泥行业碳排放的特点，在综合考虑包括城镇化率、人均GDP、固定资产形成总额、三次产业结构、固定资产投资结构等因素后，本研究测算结果显示，中国水泥熟料消费量在2020年已达到峰值，峰值为15.77亿吨；到2030、2050和2060年，水泥熟料产量分别为11.93、6.38和4.19亿吨。水泥产量由2020年的24亿吨，下降到2060年的5.7亿吨左右。

图5 碳中和背景下熟料和水泥产量预测

燃料替代

燃料替代是更优先、更具成本效益的减排手段，中短期行业主要是使用固体废物燃料、生物质燃料等，中远期将有其他新型燃料如氢能、绿电等作为可选择的替代燃料。据本研究测算，到2060年可推动行业约9.2%的碳减排。

图6 不同能源品种应用情况

根据预测，燃料替代技术路径情景下，2060年单位熟料碳排放强度降低292kg；水泥行业整体二氧化碳排放量减少1.2亿吨。

图7 清洁能源替代技术路径情景下碳减排量

能效提升

中国水泥生产的能效水平参差不齐，部分已经位居国际前列，水泥熟料单位产品综合能耗在90~136kgce/t（2.6~4.0GJ/t）之间，与欧美水平持平甚至更优。同时，水泥行业仍存在超过10%以上部分能耗较高的企业达不到国家标准的限定值。不考虑其他低碳技术应用的节能效果，测算各项能效提升技术对水泥行业碳减排贡献，预计2060年由于能效提升实现的熟料碳强度下降289kg/t。

图8 不同节能措施分阶段碳减排量

低碳水泥技术

基于水泥生产工艺特点，降低碳酸盐分解产生的碳排放是降低行业单位产品碳排放强度的重要路径之一，主要有 原料替代、低碳水泥熟料、低碳水泥复合材料 三种技术途径。

低碳水泥技术应用路线图如图8所示。

图9 低碳水泥技术应用路线图

根据预测，低碳水泥技术路径情景下，到2060年吨熟料碳排放强度降低98kg/t。

图10 低碳技术应用情景下水泥行业碳减排量

CCUS技术

水泥生产中约60%的碳排放来自原料中碳酸盐分解，由于目前尚未看到能完全替代石灰石、免除过程排放、且能大规模应用的替代原料和工艺，碳捕集、封存与利用（CCUS）将是水泥碳中和的必要技术。

根据国家CCUS技术发展总体路线图和本项目对未来水泥熟料生产量预测数据，表1为项目测算水泥行业CCUS技术发展路线图，图11-12预测了CCUS技术二氧化碳利用与封存量及吨二氧化碳捕集成本。

表1 水泥行业CCUS技术发展路线

图11 水泥行业CCUS技术CO 2 利用与封存量预测

图12 水泥行业CCUS技术成本预测

以上这些技术路径将在不同时期发挥关键降碳作用。在近期（2020-2030），极致能效提升和淘汰低效高排放产能将发挥关键作用。同时，固废燃料基本实现量产，替代燃料辅以全氧/富氧燃烧技术得到较多应用，降低行业对煤炭的依赖。氢能、早期CCUS项目得到开发、示范和小规模应用；在国家实现整体达峰目标后的十年（2030-2040），水泥产量随社会发展进入较低水平，替代燃料实现全面应用，CCUS逐步成熟。燃料替代率提升，氢能和电力制备水泥技术实现试点和示范；在2040-2050年，大多数现有服役水泥窑将达到寿命终点，须进行重大再投资，基于新型窑炉结构进行流程再造，包括全氧辅助、电力窑炉、氢制水泥技术等将实现更大普及率。吨水泥与吨熟料的碳强度将下降到目前的50%左右；2050年以后，新型替代燃料技术如电力与氢能将成熟并实现商业化，煤炭在燃料中占比将趋于零，水泥行业CCUS作用进一步凸显。水泥行业的二氧化碳净排放以及水泥产品的碳强度将接近净零水平。

为加速水泥行业碳中和转型，需要推进政策、技术、市场化机制等方面的创新。基于上述分析，我们提出如下政策建议：

✍ 压减低效产能 。减量化是水泥行业减碳最重要也是最有效的技术路径。未来，水泥行业仍需将压减水泥低效、高排放产能作为推进行业碳中和的重要举措。建议尽快研究修订《产业结构调整指导目录》，提高水泥熟料低效产能和过剩产能淘汰标准，明确碳排放强度指标限值，综合考虑生产线建成年限、规模、装备水平实施淘汰政策，实现有序退出。鼓励大型骨干水泥企业联合设立产业结构调整专项资金，通过以奖代补的方式促进水泥熟料过剩产能的退出。支持各类社会资本参与水泥企业并购重组，提升水泥产业集中度，提高企业管控水平，有效保障减碳措施的实施。

✍ 促进大规模燃料替代 。发展固废燃料是水泥减排路径中的重要一环，近中期将对水泥行业有深刻影响。从政策层面看，鉴于大城市焚烧设施配备率高，可以考虑完善中小城市固体废物收集分类体系，鼓励中小城市固废燃料产业的建立与标准化，使固废作为水泥行业替代燃料市场进一步扩大。从企业侧看，水泥企业为应对碳中和压力，应提高对固废替代燃料高质、高量要求，轻处置而重燃料替代概念，推动相关标准和产业的建立。同时，鼓励大型水泥集团、环保公司和基础建设投资基金等机构进入可燃废弃物深加工行业，生产标准化的替代燃料制品。

✍ 推动极致能效 。深入理解“十四五”期间国家碳减排目标对水泥产业链的影响，主动开展生产端到消费端的碳足迹评估和减排成本曲线评估；注重高质量发展，将数字化运营与低碳转型相结合，利用人工智能和机器学习等手段在生产过程中减少波动、提高能效，在现有节能技术充分应用的基础上持续提升能效水平、降低企业的能耗和碳排放强度。

✍ 推进CCUS等突破性技术 。注重新一代碳捕集技术研发，降低碳捕集能耗；探索CCUS与新能源耦合的负排放技术、氢能技术结合的新技术系统等前沿新技术。建立健全CCUS相关法规和标准，开展CCUS跨行业产业化集群建设。

✍ 实施碳排放强度控制及碳排放权交易 。碳中和水泥生产技术应用必然导致水泥生产成本上升，而碳定价与碳交易机制将是推动水泥行业低碳转型最有力的政策保障。当前，水泥企业应做好应对纳入碳市场的准备，做好企业碳资产管理，设定碳减排目标与路线图，积极参与碳排放的监测、报告和核查，力争在转型赛道赢得先机。

✍ 建立强有力的激励政策 。鉴于水泥行业碳减排技术选项少，且成熟技术（如替代燃料）和新兴技术（如CCS）之间过渡难度大，因此亟需加强对于新兴技术的定向研发和财务激励，对先行先试的企业给予财政补贴。建立有效的政策机制吸引更多资本的关注和支持，加速行业深度脱碳。