碳達峰碳中和背景下水泥行業(yè)碳減排措施路徑研究
——以內(nèi)蒙古為例

楊帆，徐曼，劉丹陽

（1.內(nèi)蒙古自治區(qū)生態(tài)環(huán)境低碳發(fā)展中心，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)環(huán)境監(jiān)測總站，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010；3.內(nèi)蒙古自治區(qū)生態(tài)環(huán)境科學研究院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010011）

引言

進入21世紀以來，氣候變化成為全球共同面對的問題，得到了越來越多國家和政府的重視。作為負責任大國，中國政府積極承擔符合自身發(fā)展階段和國情的國際責任，實施相關(guān)政策行動，為全球生態(tài)文明建設(shè)貢獻力量。2020年9月22日，習近平總書記在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上鄭重宣布：我國二氧化碳排放力爭2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和?！吨腥A人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和二〇三五年遠景目標》中明確，實施以碳強度控制為主，碳排放總量控制為輔的制度；支持有條件的地方和重點行業(yè)、重點企業(yè)率先達到碳排放峰值；深入推進工業(yè)、建筑、交通等領(lǐng)域低碳轉(zhuǎn)型。

水泥行業(yè)是國民經(jīng)濟建設(shè)的重要基礎(chǔ)性材料產(chǎn)業(yè)，在經(jīng)濟社會建設(shè)中具有不可替代的重要作用，同時也是主要的能源消耗行業(yè)和二氧化碳排放大戶。碳達峰碳中和背景下，水泥工業(yè)面臨的減排壓力非常嚴峻，任務(wù)非常艱巨，對實現(xiàn)工業(yè)領(lǐng)域碳達峰碳中和目標影響重大。《國務(wù)院關(guān)于加快建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟體系的指導意見》《生態(tài)環(huán)境部關(guān)于統(tǒng)籌和加強應(yīng)對氣候變化與生態(tài)環(huán)境保護相關(guān)工作的指導意見》等文件也對水泥行業(yè)應(yīng)對氣候變化和碳達峰提出相應(yīng)目標和要求，提出推動建材等行業(yè)提出明確的達峰目標并制定達峰行動方案，在建材等行業(yè)開展大氣污染物和溫室氣體協(xié)同控制試點示范。

1 水泥行業(yè)碳排放現(xiàn)狀與預(yù)測

1.1 水泥行業(yè)碳排放現(xiàn)狀

十多年來，我國水泥熟料產(chǎn)量逐年遞增，水泥行業(yè)碳排放量不斷增加。2020年，我國水泥產(chǎn)量23.77 億t，約占全球水泥總產(chǎn)量55%。根據(jù)中國建筑材料工業(yè)碳排放報告（2020年度），我國水泥工業(yè)二氧化碳排放約12.3 億t，同比上升1.8%，約占建材工業(yè)的84.3%，約占全國碳排放總量的13.5%。其中燃煤排放同比上升0.2%，工業(yè)生產(chǎn)過程排放同比上升2.7%，電力消耗折算間接排放約8955 萬t 二氧化碳。噸水泥、噸水泥熟料二氧化碳排放量分別約為616.6kg、865.8kg。

表1 2010-2019年中國非金屬礦物制造業(yè)生產(chǎn)量和能耗情況

從自治區(qū)來看，2020年，內(nèi)蒙古水泥產(chǎn)量3532.4萬t，較上年增長5.0%，約占全國水泥總產(chǎn)量的1.5%。近五年來，全區(qū)納入全國碳市場水泥行業(yè)重點排放單位穩(wěn)定在33家左右，年均二氧化碳排放量約2370萬t。按照溫室氣體清單口徑測算，全區(qū)水泥工業(yè)年均二氧化碳排放量約2500萬t。通過實施“能效領(lǐng)跑者”專項行動，自治區(qū)水泥單位產(chǎn)品綜合能耗達到79.4千克標準煤／t，比國家能耗限額標準先進值低8.6千克標準煤／t。

表2 2010-2019年內(nèi)蒙古非金屬礦物制造業(yè)（規(guī)模以上工業(yè)）生產(chǎn)量和能耗情況

1.2 水泥行業(yè)碳排放預(yù)測

2021年1月16日，中國建筑材料聯(lián)合會向全行業(yè)發(fā)出“全力推進碳減排、提前實現(xiàn)碳達峰”的倡議書，向全行業(yè)鄭重提出并倡議：我國建筑材料行業(yè)要在2025年前全面實現(xiàn)碳達峰，水泥等行業(yè)要在2023年前率先實現(xiàn)碳達峰。水泥行業(yè)碳排放與熟料產(chǎn)量密切相關(guān)。根據(jù)中國水泥協(xié)會數(shù)據(jù)顯示，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(yù)計在14～16億t左右，年水泥產(chǎn)量在22～24億t左右。水泥行業(yè)在預(yù)計在“十四五”時期提前實現(xiàn)碳達峰，水泥行業(yè)年碳排放約在14.5 億t 后下降。但到2060年仍有約9 億t 的水泥產(chǎn)量，水泥工業(yè)碳中和任重道遠。水泥企業(yè)實現(xiàn)碳中和，首先是降低碳排放總量，力爭通過淘汰落后產(chǎn)能、推廣低碳技術(shù)使用等減少目前的排放總量的80%以上；其次是通過減排技術(shù)與碳交易實現(xiàn)20%左右的減排量[1]。

2 水泥行業(yè)碳排放來源

水泥行業(yè)碳排放主要集中于熟料工序，包括化石燃料燃燒排放、原料碳酸鹽分解排放、替代燃料或廢棄物中非生物質(zhì)碳燃燒排放、生料中非燃料碳煅燒排放、電力和熱力消耗排放。其中，工業(yè)生產(chǎn)過程排放占到60%～70%左右。依據(jù)《中國水泥生產(chǎn)企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報告指南（試行）》，水泥生產(chǎn)企業(yè)的CO2排放總量等于邊界內(nèi)所有的燃料燃燒排放量、工業(yè)生產(chǎn)過程排放量、企業(yè)凈購入電力和熱力對應(yīng)的排放量之和（表3），按以下公式計算：

表3 水泥生產(chǎn)企業(yè)二氧化碳排放類型

ECO2=E燃燒+ E過程+ E電和熱=E燃燒1+ E燃燒2+E過程1+E過程2+E電和熱

3 水泥行業(yè)碳減排路徑

3.1 進一步削減過剩產(chǎn)能

目前我國和我區(qū)水泥產(chǎn)能利用率遠低于水泥產(chǎn)能的合理利用率。在碳達峰碳中和目標下，首先要加快淘汰落后產(chǎn)能和閑置過剩產(chǎn)能，優(yōu)化調(diào)整結(jié)構(gòu)，減少水泥行業(yè)碳排放總量[2]。2021年起，內(nèi)蒙古不再審批水泥（熟料）新增產(chǎn)能，依法依規(guī)淘汰落后產(chǎn)能，推進企業(yè)間聯(lián)合重組，鼓勵水泥（熟料）產(chǎn)能向外轉(zhuǎn)移。同時，強化依法行政和標準實施，對經(jīng)整改達不到環(huán)保、能耗、安全、質(zhì)量等強制性標準要求的熟料產(chǎn)能，依法有序關(guān)停與退出。

3.2 堅決執(zhí)行錯峰生產(chǎn)

按照工信部與生態(tài)環(huán)境部《關(guān)于進一步做好水泥常態(tài)化錯峰生產(chǎn)的通知》要求，堅決執(zhí)行錯峰生產(chǎn)，以有效壓減生產(chǎn)總量和碳排放量，助力實現(xiàn)碳達峰。結(jié)合內(nèi)蒙古水泥企業(yè)節(jié)能減排措施和市場供求實際，堅持績效分級、差別化管理和控制，有序調(diào)整水泥窯停窯時間。在滿足市場有效供給的基礎(chǔ)上，實施更精確、更科學、更有序的錯峰生產(chǎn)。同時，加強管理和監(jiān)督檢查，政府主管部門督促各盟市執(zhí)行錯峰生產(chǎn)，不定期開展督促檢查工作，確保精準錯峰、有序錯峰和有效錯峰。

3.3 嚴格產(chǎn)能減量置換

在產(chǎn)能嚴重過剩情況下，產(chǎn)能置換政策有利于企業(yè)自主配套先進工藝和高水平裝備，提高整體行業(yè)的節(jié)能降耗，綠色低碳水平，促進技術(shù)進步、優(yōu)勝劣汰和產(chǎn)能布局優(yōu)化。按照工信部《水泥玻璃行業(yè)產(chǎn)能置換實施辦法》，未來產(chǎn)能減量置換政策將進一步從嚴，加大置換比例，有效遏制新增產(chǎn)能，優(yōu)化存量產(chǎn)能，推動水泥行業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型。

3.4 積極參與碳市場建設(shè)

按照國家統(tǒng)一安排部署，水泥行業(yè)極有可能緊隨火電行業(yè)之后納入全國碳排放權(quán)交易市場。水泥行業(yè)要率先做好進入全國碳市場準備，應(yīng)盡快開展配額分配方案及基準值測算、碳排放權(quán)交易監(jiān)測、報告和核查體系相關(guān)研究，提前謀劃和組織企業(yè)參與碳交易方案制定、碳交易模擬試算、運行測試等前期工作。

4 水泥企業(yè)碳減排措施

4.1 制定企業(yè)達峰行動方案

按照全國碳達峰、碳中和的總體部署，水泥企業(yè)應(yīng)從自身實際出發(fā)，提前謀劃與布局碳減排達峰工作，切實制定企業(yè)碳達峰行動方案，圍繞碳達峰碳中和的目標節(jié)點，制定企業(yè)碳達峰路線圖，推進水泥企業(yè)節(jié)能降耗和綠色低碳轉(zhuǎn)型升級，明確企業(yè)碳達峰目標和路徑、剖析降碳潛力、理清措施建議，推動企業(yè)走低碳循環(huán)節(jié)能清潔發(fā)展之路，為水泥行業(yè)碳達峰目標的實現(xiàn)做出努力。

4.2 加快低碳技術(shù)研發(fā)推廣應(yīng)用力度

加快推進水泥企業(yè)以碳減排、碳達峰為核心的生態(tài)文明建設(shè)，堅持以市場為導向，以減污降碳、協(xié)同增效為抓手，加快實施水泥企業(yè)綠色低碳改造升級。推動水泥低碳工藝技術(shù)研發(fā)及推廣，進一步全力研發(fā)推廣先進適用的節(jié)能減排技術(shù)及低碳水泥新品種。實行低碳技術(shù)試點示范及推廣應(yīng)用，優(yōu)化生產(chǎn)工藝。通過改進生產(chǎn)工藝、使用替代原燃料、余熱發(fā)電、水泥窯協(xié)同處置固體廢物、實行水泥行業(yè)強制性清潔生產(chǎn)、提高熟料質(zhì)量和產(chǎn)品合格率等節(jié)能環(huán)保技術(shù)改造減少碳排放。

4.2.1 燃料替代技術(shù)

在水泥熟料生產(chǎn)中，約34.63%的碳排放量來源于化石燃料的燃燒[3]。燃料替代技術(shù)主要包括發(fā)展余熱發(fā)電、分布式光伏發(fā)電、協(xié)同處置可燃廢棄物等。水泥企業(yè)應(yīng)嚴格控制能源消費，促進能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，開發(fā)可燃廢棄物替代燃料技術(shù)和生物質(zhì)替代燃料技術(shù)，逐步提高使用電力、天然氣等清潔能源的比重，探索采用光伏發(fā)電、風電、氫能等再生能源技術(shù)，加快推進水泥窯協(xié)同處置生活垃圾、市政污泥等固體廢物能力，提高水泥窯替代燃料比例[4]，實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟、低碳經(jīng)濟和資源綜合利用，降低水泥企業(yè)化石能源的消耗和二氧化碳排放，促進水泥企業(yè)向綠色功能產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型。

4.2.2 原料替代技術(shù)

在水泥熟料生產(chǎn)中，約58.52%的碳排放量來源于原料（主要是石灰石）碳酸鹽分解的工業(yè)過程排放[3]。鋼鐵、火力發(fā)電、乙炔、氨堿等生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)生大量的鋼渣、礦渣、粉煤灰、硅鈣渣、電石渣、堿渣等固體廢棄物，很多鋼渣類固體廢棄物有效成分與水泥熟料化學成分接近，具有作為水泥替代原料的可行性，且作為水泥替代原料不會產(chǎn)生二氧化碳。目前，我國水泥生產(chǎn)替代燃料率還很低，未來有很大的發(fā)展空間。

4.2.3 二氧化碳捕集利用技術(shù)

對水泥工業(yè)產(chǎn)生的二氧化碳進行捕集循環(huán)利用，不僅能夠降低給全球環(huán)境帶來的負面影響，而且能夠?qū)崿F(xiàn)對二氧化碳的充分高效利用。根據(jù)現(xiàn)有報導，水泥工業(yè)二氧化碳捕集利用主要有富氧燃燒技術(shù)、燃燒后二氧化碳分離技術(shù)和燃燒前二氧化碳分離技術(shù)[5]。國內(nèi)外目前水泥窯捕集的二氧化碳部分應(yīng)用于建筑工程、材料、化工、農(nóng)業(yè)、食品等領(lǐng)域。但整體來看，二氧化碳捕集成本較高、捕集的二氧化碳利用率比較低，未來還需實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用產(chǎn)品開發(fā)。

4.2.4 其他節(jié)能低碳技術(shù)

水泥企業(yè)還可通過開發(fā)推廣其他節(jié)能低碳技術(shù)，降低能源消耗和二氧化碳排放量。如通過水泥生產(chǎn)線球磨機粉磨改造，有效降低系統(tǒng)粉磨電耗；采用高壓擠壓料層粉碎原理，配以適當?shù)拇蛏⒎旨壯b置，降低能耗；用富氧代替空氣助燃，改善產(chǎn)品質(zhì)量、降低能耗和減少二氧化碳排放等。根據(jù)國家發(fā)展改革委發(fā)布的《國家重點節(jié)能低碳技術(shù)推廣目錄（2017年本，節(jié)能部分）》（中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會公告2018年第3 號），列舉部分適用于水泥行業(yè)的節(jié)能低碳技術(shù)，見表4。

表4 適用于水泥行業(yè)的部分節(jié)能技術(shù)

表4 適用于水泥行業(yè)的部分節(jié)能技術(shù)

表4 適用于水泥行業(yè)的部分節(jié)能技術(shù)

4.3 提高能源資源利用效率

全面推進清潔生產(chǎn)與節(jié)能降耗，積極開發(fā)并推廣能源梯級利用。實施水泥窯爐熱工效率提升行動，降低單位產(chǎn)品能源消耗和碳排放強度。加強企業(yè)全過程節(jié)能管理，嚴格執(zhí)行能耗限額標準，樹立能效領(lǐng)跑者標桿，推進企業(yè)能效對標達標。開展節(jié)能診斷，加強定額計量，挖掘節(jié)能降碳空間。建立水泥企業(yè)能源使用管理體系，加快推進智能制造，對現(xiàn)有生產(chǎn)線進行全面的智能化改造升級，以數(shù)字化和低碳化相結(jié)合，充分利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等先進技術(shù)手段，加強能耗控制和監(jiān)管。推廣水泥生產(chǎn)線全過程智能協(xié)同控制技術(shù)、生產(chǎn)智能監(jiān)測預(yù)警技術(shù)、節(jié)能環(huán)保技術(shù)、安全智能技術(shù)等綜合應(yīng)用[6]。

4.4 建立健全碳排放管理體系

全國碳排放權(quán)交易市場已經(jīng)啟動，發(fā)電行業(yè)作為首批納入行業(yè)已經(jīng)開始交易，水泥行業(yè)將有望成為第二批納入的行業(yè)。水泥企業(yè)應(yīng)繼續(xù)做好碳排放核算報告核查工作，認真梳理企業(yè)自身二氧化碳排放現(xiàn)狀。積極參與碳排放交易工作，了解碳排放交易系統(tǒng)和流程，制定碳排放計算標準、建立碳排放數(shù)據(jù)庫。加快碳資產(chǎn)管理系統(tǒng)建設(shè)，著力提升水泥企業(yè)碳交易能力建設(shè)，穩(wěn)步推進水泥企業(yè)加入全國碳排放權(quán)交易市場。

5 結(jié)語

在應(yīng)對氣候變化的國內(nèi)國際環(huán)境下，水泥行業(yè)應(yīng)通過實施淘汰落后、錯峰生產(chǎn)、減量置換等壓減過剩產(chǎn)能方式進行市場化與產(chǎn)業(yè)政策調(diào)整的碳減排機制，切實鞏固削減產(chǎn)能過剩和減少碳排放的成果。水泥企業(yè)應(yīng)制定達峰行動方案，加大節(jié)能低碳技術(shù)（包括燃料替代、原料替代、二氧化碳捕集利用、新能源技術(shù)等）研發(fā)和推廣力度，提高能源利用效率，加強企業(yè)節(jié)能降碳管理，有效控制水泥生產(chǎn)全過程溫室氣體排放，實現(xiàn)水泥行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展，為碳達峰碳中和目標作出積極貢獻。