全球綠色型水泥工業(yè)初具雛型

劉國(guó)偉

令人又愛(ài)又恨的水泥工業(yè)

2019年，英國(guó)《衛(wèi)報(bào)》載文稱，水泥在地球上使用的廣泛程度僅次于水。大家可以四處觀望，會(huì)發(fā)現(xiàn)水泥的蹤影可謂俯仰皆是。水泥為幾十億人提供了屋頂，強(qiáng)化了人類防御自然災(zāi)害的能力，為醫(yī)療、教育、運(yùn)輸、能源和工業(yè)等領(lǐng)域的基礎(chǔ)設(shè)施提供結(jié)構(gòu)支持，可以說(shuō)是人類馴服自然的強(qiáng)力工具。與我們之前介紹過(guò)的塑料相比，水泥并非源自化石燃料，在海鳥(niǎo)的胃里也找不到它，它的堅(jiān)固似乎足以讓人類長(zhǎng)久依賴。

但是，為了生產(chǎn)這種現(xiàn)代生活的基礎(chǔ)產(chǎn)品，地球上的水泥產(chǎn)業(yè)已經(jīng)大到超乎多數(shù)人的想象：一天之內(nèi)出廠的水泥足以壘成一座新的三峽大壩。如果把所有的水泥企業(yè)視為一國(guó)，它將是世界上第三大二氧化碳排放國(guó)（28億噸），緊隨中國(guó)和美國(guó)之后，這是因?yàn)樗喙I(yè)中的熟料生產(chǎn)步驟，其化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的一個(gè)副產(chǎn)品就是大量的二氧化碳。不過(guò)，更令人難以忍受的是傳統(tǒng)水泥工業(yè)的污染物：顆粒物、有害氣體和噪聲等。顆粒物主要是在水泥生產(chǎn)過(guò)程中原料、燃料和成品儲(chǔ)運(yùn)等工序產(chǎn)生的，有害氣體主要包括二氧化硫和氮氧化物等。

根據(jù)生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的資料，當(dāng)今世界水泥工業(yè)發(fā)展的總體趨勢(shì)具有水泥生產(chǎn)線大型化、生產(chǎn)工藝節(jié)能化、操作管理自動(dòng)化和環(huán)保措施生態(tài)化。所謂環(huán)保設(shè)施生態(tài)化，是指世界水泥工業(yè)的環(huán)保工作已開(kāi)始從被動(dòng)治理轉(zhuǎn)向主動(dòng)治理。各種運(yùn)行可靠、除塵效率在99.9%以上的電除塵器和袋式除塵器及其輔助設(shè)備已普遍采用，甚至利用水泥工業(yè)自身大量處理利用其他工業(yè)的廢料、廢渣的“綠色型”水泥工業(yè)也已初具雛型。接下來(lái)，本文擇要介紹其他水泥生產(chǎn)大國(guó)的生態(tài)環(huán)境友好舉措。

歐盟用統(tǒng)一的排放法令約束成員國(guó)

20世紀(jì)80年代以后，許多發(fā)達(dá)國(guó)家先后修訂了各自的環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)污染物的排放管理更加嚴(yán)格，水泥粉塵的排放濃度也因此顯著降低。有資料顯示，原聯(lián)邦德國(guó)（西德）環(huán)保部門(mén)曾對(duì)水泥廠周?chē)貐^(qū)的降塵量進(jìn)行過(guò)幾年的連續(xù)監(jiān)測(cè)，到1988年的降塵量已降到與純農(nóng)業(yè)區(qū)自然降塵量相同的水平。本世紀(jì)初以來(lái)，歐盟將綜合污染預(yù)防與控制指令、大型燃燒裝置指令、廢物焚燒指令、有機(jī)溶劑使用指令、二氧化鈦指令整合后，發(fā)布了統(tǒng)一的工業(yè)排放指令（2010/75/EU），將水泥工業(yè)納入38個(gè)子類中加以管理監(jiān)督，取得了良好成效。

為配合歐盟上述指令及許可證制度的實(shí)施，歐盟委員會(huì)出版了相關(guān)行業(yè)最佳可行技術(shù)（BAT）參考文件，要求各成員國(guó)以該參考文件的評(píng)估結(jié)論和建議的排放控制水平為依據(jù)，結(jié)合本國(guó)的法律傳統(tǒng)以及工業(yè)污染控制實(shí)踐，將其轉(zhuǎn)化為本國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)。例如在水泥產(chǎn)業(yè)里，確定針對(duì)顆粒物的最佳可行技術(shù)包括：布袋除塵技術(shù)、靜電除塵技術(shù)、電袋復(fù)合除塵技術(shù)，針對(duì)氮氧化物的最佳可行技術(shù)包括一次措施（分解爐分級(jí)燃燒、工藝優(yōu)化控制、添加礦化劑等）和二次措施（選擇性非催化還原技術(shù)，英文縮寫(xiě)為SNCR、選擇性催化還原技術(shù)，英文縮寫(xiě)為SCR），使用這些技術(shù)均已取得很好的污染治理效果。

仍以德國(guó)為例，為了達(dá)到歐盟指令的要求，政府部門(mén)要求企業(yè)以每一臺(tái)水泥窯或水泥廠為監(jiān)管單位，以日常生產(chǎn)臺(tái)賬為基礎(chǔ)逐月統(tǒng)計(jì)，年終統(tǒng)一編制上報(bào)給德國(guó)水泥工廠聯(lián)合會(huì)。聯(lián)合會(huì)根據(jù)其平時(shí)的監(jiān)管記錄對(duì)每臺(tái)窯的上報(bào)數(shù)據(jù)進(jìn)行審定匯總，于每年8月在其網(wǎng)站上正式發(fā)布前一年的德國(guó)水泥工業(yè)環(huán)境數(shù)據(jù)報(bào)告，各級(jí)報(bào)告的企業(yè)法人對(duì)其所提供數(shù)據(jù)的真實(shí)性和完整性負(fù)有完全的道德責(zé)任和社會(huì)責(zé)任，甚至法律責(zé)任。

作為波特蘭水泥（即主流的硅酸鹽水泥）的故鄉(xiāng)，英國(guó)是世界上最早開(kāi)征環(huán)境稅，也是最先使用稅收手段治理碳排放和氣候變化問(wèn)題的國(guó)家之一，這使包括水泥產(chǎn)業(yè)在內(nèi)的高排放企業(yè)倍感壓力。在國(guó)際市場(chǎng)上，英國(guó)水泥產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力也因此明顯削弱。所以，許多英國(guó)水泥企業(yè)被迫放棄在本島發(fā)展，遠(yuǎn)赴國(guó)外，例如到土耳其等國(guó)家開(kāi)發(fā)新的生產(chǎn)基地，以減少成本，增加競(jìng)爭(zhēng)力。

美國(guó)持續(xù)提高行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)

環(huán)境意識(shí)的覺(jué)醒推動(dòng)了美國(guó)上世紀(jì)六七十年代環(huán)保運(yùn)動(dòng)的蓬勃發(fā)展。1970年，美國(guó)對(duì)得克薩斯州硅酸鹽水泥生產(chǎn)過(guò)程中的污染氣體排放狀態(tài)進(jìn)行了調(diào)查。調(diào)查范圍包括該區(qū)域18個(gè)具有一定規(guī)模的水泥生產(chǎn)企業(yè)，調(diào)查持續(xù)到次年3月，從而為該州的水泥企業(yè)治理打下了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。此后，這一類工作在全美國(guó)開(kāi)展起來(lái)。在20世紀(jì)80年代中期，美國(guó)就將世界水泥產(chǎn)量的頭把交椅拱手讓給了中國(guó)，但美國(guó)對(duì)包括水泥生產(chǎn)企業(yè)在內(nèi)的數(shù)十種工業(yè)固定污染源制訂和執(zhí)行排放標(biāo)準(zhǔn)的工作一直延續(xù)至今。

近10年來(lái)，美國(guó)水泥產(chǎn)量徘徊在8000多萬(wàn)噸左右。從管控上看，美國(guó)持續(xù)收嚴(yán)有害大氣污染物排放的標(biāo)準(zhǔn)，《波特蘭水泥新源排放標(biāo)準(zhǔn)》2010年生效后，推動(dòng)水泥廠采用清潔的生產(chǎn)工藝和技術(shù)，包括新型干法預(yù)分解窯技術(shù)、節(jié)能粉磨技術(shù)等，傳統(tǒng)的濕法生產(chǎn)和干法生產(chǎn)基本退出歷史舞臺(tái)，從源頭減少了污染物的產(chǎn)生。通過(guò)采用自動(dòng)化與智能化控制手段，美國(guó)水泥企業(yè)實(shí)現(xiàn)了工藝控制最優(yōu)，同時(shí)采用末端治理技術(shù)，如濕法脫硫、袋式除塵、靜電除塵，使用低氮燃燒器對(duì)二氧化硫、顆粒物和氮氧化物進(jìn)行控制，減少了污染物的排放。

美國(guó)水泥生產(chǎn)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)則由美國(guó)環(huán)保署下面的空氣和放射司主持制定，目前關(guān)于水泥工業(yè)大氣污染物排放控制的標(biāo)準(zhǔn)有兩種，一是針對(duì)常規(guī)污染物的新源特性標(biāo)準(zhǔn)（NSPS），另一是針對(duì)189種空氣毒物的危險(xiǎn)空氣污染物國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)（NESHAP）。兩者均是基于污染控制技術(shù)而制訂的，只是對(duì)應(yīng)污染物不同，選擇的控制技術(shù)也不同，例如NSPS是基于最佳示范技術(shù)（BDT），而NESHAP則是基于最大可達(dá)控制技術(shù)（MACT）；NSPS標(biāo)準(zhǔn)控制的常規(guī)污染物包括顆粒物、二氧化硫和氮氧化物，NESHAP控制的有毒污染物包括顆粒物、二噁英、汞、總碳?xì)涞?，后者比前者更?yán)格，兩者均列入了美國(guó)聯(lián)邦法典。

專業(yè)領(lǐng)域的文獻(xiàn)披露，本世紀(jì)以來(lái)，美國(guó)仍然在水泥產(chǎn)業(yè)投入研發(fā)，不斷改善治污效果。例如，美國(guó)通用電氣公司的MAX-9新型電袋混合除塵器和戈?duì)柟镜腄OE電袋混合除塵器，在美國(guó)、意大利等多家水泥公司的生產(chǎn)線上投入使用后，很好地兼顧了投資、維護(hù)費(fèi)用和排放濃度之間的平衡，取得了較好的治污效果。

水泥工業(yè)使用替代燃料生態(tài)效益突出

節(jié)能減排和污染治理是水泥工業(yè)發(fā)展的主題。水泥工業(yè)雖然一直離不開(kāi)化石燃料（煤、重油和天然氣等）提供的熱能，但自20世紀(jì)50年代廢輪胎作為二次能源在德國(guó)水泥工業(yè)首次使用以來(lái)，越來(lái)越多的水泥企業(yè)開(kāi)始效仿。到了20世紀(jì)八九十年代，越來(lái)越多的水泥企業(yè)為了降低運(yùn)營(yíng)成本，開(kāi)始采用替代燃料，美國(guó)和歐洲的部分水泥廠甚至使用一些危險(xiǎn)廢物作為燃料。

替代燃料比化石燃料更便宜，其顯著優(yōu)點(diǎn)是減少不可再生能源的利用，減少溫室氣體排放以及節(jié)約安全處置廢物的場(chǎng)地，所以其生態(tài)效益非常突出。所以，盡管替代燃料存在多種不足，例如大部分熱值不高等，但是算過(guò)總體環(huán)境收益這筆賬后，世界領(lǐng)先的水泥生產(chǎn)企業(yè)都大量使用替代燃料，廢輪胎、廢塑料、廢油、城市固體垃圾、肉骨粉等紛紛入選替代燃料。據(jù)了解，在歐洲國(guó)家中，荷蘭水泥企業(yè)使用的替代燃料達(dá)8成以上。在使用替代燃料方面，最為領(lǐng)先的企業(yè)是英國(guó)西麥斯水泥廠，近些年來(lái)該企業(yè)不斷刷新使用替代燃料的占比。2011年，該企業(yè)使用了100%的替代燃料，據(jù)稱這種替代燃料是一種混合工業(yè)廢液（廢油漆和廢溶劑等）和商業(yè)垃圾（家庭和商業(yè)廢物殘?jiān)┑幕旌衔铩?/p>

2017年的數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)時(shí)中國(guó)水泥工業(yè)的燃料仍主要為煤和天然氣。國(guó)內(nèi)水泥企業(yè)采用替代燃料的時(shí)間短，燃料種類少，當(dāng)時(shí)的年替代量不足5萬(wàn)噸標(biāo)煤。不過(guò)，2019年有消息稱，華潤(rùn)水泥（CRC）在華南地區(qū)運(yùn)營(yíng)多個(gè)協(xié)同處理項(xiàng)目，中國(guó)海螺創(chuàng)投已與中國(guó)建材和中國(guó)山水水泥簽署了協(xié)議，以開(kāi)發(fā)固體廢物（側(cè)重工業(yè)垃圾）共處理技術(shù)。由于中國(guó)城市習(xí)慣將干濕垃圾混合在一起，使得生活垃圾的燃燒潛力無(wú)法得到充分利用。我們有理由期待，在國(guó)內(nèi)各城市的垃圾分類管理更完善后，中國(guó)水泥工業(yè)拓展替代燃料使用，開(kāi)展廢能轉(zhuǎn)化將蓬勃發(fā)展。

零排放的水泥廠受到業(yè)界青睞

如果僅僅盯著傳統(tǒng)污染物排放，那么水泥工業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型肯定是不完整的。2018年，英國(guó)智庫(kù)查塔姆研究所發(fā)布的一份報(bào)告顯示，要想完成《巴黎協(xié)定》目標(biāo)，水泥工業(yè)必須在2030年前至少削減16%的年排放量，這個(gè)目標(biāo)非常艱巨。

水泥工業(yè)減少碳排放的方式有很多，比如改變?cè)?，提高水泥窯效率，或者利用生物能源（如利用廢熱發(fā)電）供電等等。盡管替換化石燃料、提高水泥窯效率等措施已經(jīng)將全球每噸水泥生產(chǎn)的二氧化碳排放量削減了18%，但由于上世紀(jì)90年代以來(lái)，水泥的市場(chǎng)需求增長(zhǎng)了兩倍，水泥工業(yè)的總體排放量仍大幅提升。有鑒于此，部分水泥企業(yè)開(kāi)始把注意力集中到開(kāi)發(fā)碳中性的水泥上來(lái)。

德國(guó)的海德堡水泥公司是全球第二大水泥生產(chǎn)商，全球第三大預(yù)拌混凝土生產(chǎn)商，多年來(lái)一直在研究和開(kāi)發(fā)新的技術(shù)和工藝。2019年5月，海德堡公司宣布計(jì)劃，最晚在2050年生產(chǎn)出碳中性混凝土，這個(gè)目標(biāo)已經(jīng)通過(guò)了“科學(xué)碳目標(biāo)”（聯(lián)合國(guó)和多家非政府組織共同推出的數(shù)據(jù)指標(biāo)）標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)估，同時(shí)也符合《巴黎協(xié)定》提經(jīng)成功地用廢紙、紡織布料、塑料和有害垃圾等廢棄物替代了70%的生產(chǎn)燃料，使這座水泥廠的整體二氧化碳排放減少1/3左右。

另一家加拿大初創(chuàng)企業(yè)“碳治”（Carbon Cure）則獨(dú)辟蹊徑，研發(fā)了一種新型的水泥添加劑，可以在攪拌的同時(shí)吸收空氣中的二氧化碳?xì)怏w，并鎖在混凝土中。一旦水泥硬化，這些二氧化碳就被永久封存在混凝土塊中。即便建筑物在多年后被拆除，混凝土塊中封存的二氧化碳也不會(huì)消失，因?yàn)樗鼈円呀?jīng)與混凝土產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)形出的將全球升溫控制在2攝氏度以內(nèi)的目標(biāo)。目前，全球約有200家企業(yè)的二氧化碳減排目標(biāo)得到了該機(jī)構(gòu)的批準(zhǔn)，但海德堡水泥公司是首家來(lái)自水泥工業(yè)的企業(yè)。

海德堡公司將研究重點(diǎn)放在二氧化碳的封存和使用上。該公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種“再碳酸化”的工藝，將混凝土循環(huán)再利用到能吸收二氧化碳的水泥細(xì)粉中，然后將這種原料用于新的水泥和混凝土生產(chǎn)。2015年以來(lái)，海德堡水泥公司就著手在挪威布雷維克建造全球第一座零排放的水泥廠，至今尚未完工。海德堡水泥公司在挪威的子公司諾西姆水泥廠，在研發(fā)替代燃料方面進(jìn)展很大，已成特殊的礦物質(zhì)。其妙處在于，除了減排，二氧化碳還有助于使混凝土更為堅(jiān)固，所以混凝土生產(chǎn)商可以依據(jù)自己的需要，制造出不同硬度的產(chǎn)品，并在生產(chǎn)過(guò)程中減少原材料水泥的使用?！疤贾巍钡漠a(chǎn)品遠(yuǎn)非停留在概念和樣品階段，總部位于美國(guó)亞特蘭大的混凝土生產(chǎn)商“托馬斯混凝土”自2016年以來(lái)一直在使用“碳治”的產(chǎn)品。就著短短幾年，他們已經(jīng)阻止了約453萬(wàn)噸的二氧化碳排入大氣。今年，出于對(duì)清潔技術(shù)的看好，美國(guó)亞馬遜公司與比爾·蓋茨都對(duì)“碳治”公司進(jìn)行了投資。

此外，為減少熟料生產(chǎn)過(guò)程中排放的二氧化碳，海德堡公司計(jì)劃啟用碳捕集和封存（CCS）技術(shù)。《環(huán)境與生活》對(duì)該技術(shù)曾做過(guò)多次介紹，但從近年全球范圍內(nèi)的情況來(lái)看，各行業(yè)的CCS罕有進(jìn)展順利的。這是因?yàn)榻?jīng)濟(jì)成本上升和抗議示威嚴(yán)重阻礙了各行業(yè)CCS的發(fā)展，水泥工業(yè)也不例外。有消息顯示，即便是把二氧化碳深埋地下，當(dāng)?shù)鼐用袢詴?huì)對(duì)二氧化碳泄漏可能帶來(lái)的嚴(yán)重后果深表?yè)?dān)憂，我們可以將這種抗議視為“鄰避”現(xiàn)象的一種。

通過(guò)對(duì)過(guò)往14年的4500份專利進(jìn)行分析，英國(guó)智庫(kù)查塔姆研究所發(fā)現(xiàn)，創(chuàng)新的成果非?？捎^，尤其是在熟料替代和新型水泥生產(chǎn)方面。最令國(guó)人興奮的是，中國(guó)在水泥研發(fā)方面的資金投入遠(yuǎn)超其他國(guó)家，專利申請(qǐng)量也處于領(lǐng)先地位，因此將成為水泥工業(yè)的創(chuàng)新中心。從中國(guó)在全球水泥生產(chǎn)的一枝獨(dú)秀地位來(lái)看，這種趨勢(shì)令人振奮，我們有理由期待和相信，在未來(lái)治理污染的道路上，國(guó)內(nèi)水泥企業(yè)會(huì)誕生明星企業(yè)和明星產(chǎn)品。

（本文寫(xiě)作中參考了美國(guó)環(huán)保署、德國(guó)之聲美國(guó)《紐約時(shí)報(bào)》、英國(guó)《衛(wèi)報(bào)》等網(wǎng)站的信息，在此一并致謝?。?img src="https://cimg.fx361.com/images/2021/03/04/qkimageshjyshjys202012hjys20201208-7-l.jpg"/>

【環(huán)境百科】

波特蘭水泥

1824年，英國(guó)建筑工人約瑟夫·阿斯譜?。↗oseph Aspdin）取得了波特蘭水泥的專利權(quán)。他用石灰石和粘土為原料，按一定比例配合后，在類似于燒石灰的立窯內(nèi)煅燒成熟料，再經(jīng)磨細(xì)制成水泥。因這種水泥硬化后的顏色與英格蘭島上波特蘭地區(qū)用于建筑的石頭相似，故名為波特蘭水泥。它具有優(yōu)良的建筑性能，在水泥史上具有劃時(shí)代意義。