排放13.75億噸，探析水泥行業(yè)“碳中和”！

 

 

    水泥生產(chǎn)過程中的二氧化碳排放主要源于熟料生產(chǎn)過程，其中石灰石煅燒產(chǎn)生生石灰的過程所排放的二氧化碳，約占全生產(chǎn)過程碳排放總量的55-70%；高溫煅燒過程需要燃燒燃料，因此產(chǎn)生的二氧化碳，約占全生產(chǎn)過程碳排放總量的25-40%。

 

    圖1.水泥生產(chǎn)全周期過程中的能耗和排放細分

 

 

    資料來源：McKinsey

 

    十多年來，水泥熟料產(chǎn)量逐年遞增，中國水泥行業(yè)碳排放從9.71億噸逐步達到13.75億噸，水泥行業(yè)的碳排放量占全國碳排放總量約13.5%。隨著我國水泥行業(yè)資源、能源利用化水平的提高，節(jié)能降耗先進技術的應用，嚴禁新增產(chǎn)能、產(chǎn)能減量置換、兼并聯(lián)合重組和常態(tài)化錯峰生產(chǎn)等有效的鞏固去產(chǎn)能政策的推行，利用環(huán)保、質(zhì)量、能源、技術、安全等綜合標準推動落后產(chǎn)能淘汰，水泥行業(yè)在“十三五”向“十四五”過渡期間碳排放有逐漸達到峰值的趨勢。

 

    鑒于熟料產(chǎn)量是影響水泥行業(yè)碳排放的最大因素，預測水泥熟料產(chǎn)量在“十四五”期間將達到消費和產(chǎn)量峰值，年熟料產(chǎn)量預計在14～16億噸左右，年水泥產(chǎn)量在22～24億噸左右。預計“十四五”時期在繼續(xù)壓減產(chǎn)能、淘汰落后和鞏固去產(chǎn)能的基礎上，可提前實現(xiàn)碳達峰，水泥行業(yè)年碳排放約在14.5億噸后下降。

 

    圖2.2009～2020年中國水泥行業(yè)碳排放統(tǒng)計

    

 

 

    針對水泥生產(chǎn)企業(yè)，碳減排主要途徑包括市場與產(chǎn)業(yè)政策結(jié)合減排、技術減排和相對減排。1）市場與產(chǎn)業(yè)政策結(jié)合減排，即通過淘汰落后產(chǎn)能等手段進行碳減排；2）技術性減排，即通過改善工藝優(yōu)化指標、使用替代原燃料、添加礦化劑降低熟料燒成溫度、利用水泥窯余熱進行發(fā)電、新能源技術、水泥窯煙氣二氧化碳捕集純化、提高熟料品質(zhì)量以及強化生產(chǎn)管理。3）相對減排，即通過建立國家碳交易體系等金融創(chuàng)新手段，將水泥企業(yè)間的縱向比較拓寬為產(chǎn)業(yè)間的橫向比較，將行業(yè)內(nèi)部的減排競爭轉(zhuǎn)移到產(chǎn)業(yè)間的減排博弈。

 

    （一）市場與產(chǎn)業(yè)政策結(jié)合減排

 

    水泥行業(yè)的政策減排主要包括產(chǎn)能減量置換、錯峰生產(chǎn)及績效分類評級等。1）2020年12月16日，工信部發(fā)布《水泥玻璃行業(yè)產(chǎn)能置換實施辦法（修訂稿）》的征求意見稿，提高了水泥玻璃行業(yè)產(chǎn)能置換的比例。修訂稿規(guī)定，位于國家規(guī)定的大氣污染防治重點區(qū)域?qū)嵤┊a(chǎn)能置換的水泥熟料建設項目，產(chǎn)能置換比例為2:1；位于非大氣污染防治重點區(qū)域的水泥熟料建設項目，產(chǎn)能置換比例分別為1.5:1。2）2020年12月，工信部、生態(tài)環(huán)境部聯(lián)合發(fā)布《關于進一步做好水泥常態(tài)化錯峰生產(chǎn)的通知》，推動全國水泥錯峰生產(chǎn)地域和時間常態(tài)化，所有水泥熟料生產(chǎn)線都應進行錯峰生產(chǎn)。錯峰政策延續(xù)，13省2020-2021平均錯峰天數(shù)達到118天，與上一年基本持平。做好水泥常態(tài)化錯峰生產(chǎn)，減少碳排放，有利于促進行業(yè)綠色健康可持續(xù)發(fā)展。3）2020年，我國應急減排措施針對重點行業(yè)績效分級、實施差異管控，A級企業(yè)可自主采取減排措施，更有利于實現(xiàn)碳中和目標。

 

    錯峰生產(chǎn)和產(chǎn)能減量置換政策已經(jīng)成為壓減水泥過剩產(chǎn)能的兩大政策抓手。經(jīng)統(tǒng)計，“十三五”期間水泥行業(yè)依靠工業(yè)和信息化部、生態(tài)環(huán)境部聯(lián)合推行的錯峰生產(chǎn)政策，實現(xiàn)減排二氧化碳17.2億噸，節(jié)約煤炭億余噸。化錯峰生產(chǎn)將在今后一個較長時期內(nèi)成為水泥行業(yè)最有效的鞏固去產(chǎn)能成果、鞏固碳減排效果的產(chǎn)業(yè)政策。

 

    （二）技術減排

 

    水泥行業(yè)是二氧化碳排放大戶，其排放主要來碳酸鹽的分解、燃料的燃燒和電力消耗。進一步在生產(chǎn)工藝碳減排（如替代原料、熟料替代技術等）、生產(chǎn)能耗碳減排（如替代燃料、富氧燃燒技術、高效粉磨、余熱發(fā)電等）、新技術碳減排（如水泥窯二氧化碳捕集利用）及新能源技術等方面加強技術研發(fā)力度。

 

    表1.水泥行業(yè)碳中和的技術途徑

 

 

    1.能源替代

 

    替代燃料是更優(yōu)先、更具成本效益的手段，到2050年可推動行業(yè)約10%的碳減排。如果逐個分析可為水泥生產(chǎn)供熱的主要燃料，會發(fā)現(xiàn)可再生廢棄物是最可行的煤炭替代燃料：

 

    煤炭：目前為逾95％的水泥生產(chǎn)供熱，是現(xiàn)階段石灰石煅燒使用的主要燃料源。由于煤炭價格低廉，煤炭燃料不太可能被完全取代，但會在燃料結(jié)構(gòu)改善過程中不斷降低份額，預計在2050年煤炭在水泥生產(chǎn)所使用燃料中占比20-30%。

 

    生物質(zhì)：目前為不足1%的水泥生產(chǎn)供熱，被認為是無排放的清潔資源，并且搭配碳捕獲技術可能產(chǎn)生凈負排放。但中國生物質(zhì)資源整體緊張，且多個行業(yè)均出現(xiàn)需求顯著增長的可能，目前行業(yè)內(nèi)仍沒有公司用生物質(zhì)為水泥車間供熱。考慮到生物質(zhì)供給端的不確定性，預計在2050年生物質(zhì)構(gòu)成水泥生產(chǎn)所使用燃料的5-10%。

 

    廢棄物：目前廢棄物為不到5%的水泥生產(chǎn)供熱，我們認為廢棄物是更好的潛在碳減排資源。一方面有機廢棄物可作為燃料，另一方面固體廢棄物可代替熟料，減少石灰石的使用，從而進一步減少生產(chǎn)過程中的碳排放。同時，廢棄物利用在我國有著政策利好、供應量相對持續(xù)、垃圾分類狀況不斷改善三方面支撐。預計在2050年廢棄物構(gòu)成水泥生產(chǎn)所使用燃料的55-75%。

 

    電力加熱：對于水泥生產(chǎn)來說，采用電加熱無論從技術要求（需要較高溫度和功率）、設備改造還是運營經(jīng)濟性上看均不具備很高的可行性，未來可能不會成為重要的減排手段。

 

    天然氣：天然氣雖不能幫助水泥行業(yè)實現(xiàn)燃料的零碳排放，但可以顯著降低燃料的碳排放強度，因此可能在未來的碳減排中扮演重要的過渡技術角色；同時，天然氣作為替代燃料也面臨成本上升、設備技改等挑戰(zhàn)。本文暫未對天然氣在未來水泥行業(yè)碳減排路線圖中的作用進行定量分析。

 

    2.CO2捕集

 

    在需求下降、能效提升、替代燃料均發(fā)揮作用的情況下，預計可產(chǎn)生的碳減排成效與1.5℃情景下的碳減排目標之間仍有較大缺口，還需要新興技術的支持。鑒于水泥生產(chǎn)中熟料工藝排放的特點，在沒有新興技術大規(guī)模代替熟料的情況下，碳捕集與封存（CCS）將成為水泥行業(yè)實現(xiàn)碳中和的唯一選擇，預計到2050年需要貢獻行業(yè)約50%的碳減排。CCS需要相匹配的地質(zhì)條件，如靠近衰退期油田、鹽水層等；且由于水泥廠規(guī)模較小、地點分散，單個企業(yè)難以承擔大規(guī)模CCS基礎設施建設，因此可考慮參與“CCS工業(yè)園區(qū)”模式，與其他需要依賴CCS技術減排的行業(yè)（如鋼鐵、煤電等）組團開展試點。

 

    國內(nèi)某水泥生產(chǎn)頭部企業(yè)在2018年下半年推出了中國首個水泥CCS示范項目，目前也是國內(nèi)唯一的水泥企業(yè)CCS項目。該CCS項目投資逾5000萬元人民幣，每年捕獲二氧化碳約5萬噸，捕集率約為1/30，是一個小規(guī)模的試點項目。未來水泥行業(yè)CCS試點的重點將聚焦于捕集技術的創(chuàng)新突破、捕集規(guī)模的大幅提升，以及CCS產(chǎn)業(yè)鏈的逐步搭建。

 

    圖3.國內(nèi)某水泥生產(chǎn)頭部企業(yè)的CO2捕集工藝和價值鏈

 

 

    （三）相對減排

 

    即通過建立國家碳交易體系等金融創(chuàng)新手段，將水泥企業(yè)間的縱向比較拓寬為產(chǎn)業(yè)間的橫向比較，將行業(yè)內(nèi)部的減排競爭轉(zhuǎn)移到產(chǎn)業(yè)間的減排博弈。下一步將逐步加強應對氣候變化減緩碳排放機制、開拓碳排放核查與監(jiān)管、碳排放額分配、全國性碳排放權交易市場、碳資產(chǎn)管理、碳稅和碳金融等工作，利用碳交易機制倒逼企業(yè)技術創(chuàng)新，減少碳排放強度。

 

    2021年6月22日，上海環(huán)境能源交易所發(fā)布《關于全國碳排放權交易相關事項的公告》，對全國碳排放權交易的方式、時段、賬戶等相關事項進行了明確。全國統(tǒng)一的碳交易市場將于6月25日開啟，交易中心設在上海，登記中心設在武漢，7個試點的地方交易市場繼續(xù)運營。

 

    水泥行業(yè)的碳排放配額交易，在2012年已有試行。2012年廣東省內(nèi)4家水泥企業(yè)塔牌集團、海螺水泥、中材水泥、華潤水泥以60元/噸的價格、花費6799萬元認購了130萬噸二氧化碳排放權配額，成為中國基于碳排放總量控制下的首宗配額交易。企業(yè)認購的配額是為未來新增水泥產(chǎn)能購買的碳排放配額，其中政府免費提供90%的配額，企業(yè)自行購買10%的配額。若參考歐盟碳排放交易體系，其給予成員一定的碳排放配額，成員使用剩余的配額可以通過碳交易所出售給碳排放超額的企業(yè)，率先實現(xiàn)減排目標的企業(yè)或?qū)⒛軗碛懈叩睦麧櫋?/div>