专题丨中国水泥行业碳中和之路

　　前言：
　　水泥行业是中国实现碳中和的关键行业之一。中国的水泥生产与消费占据全球市场的一半以上，碳排放占全国总排放量的13%，仅次于电力与钢铁行业。水泥行业减排的难点一是减少生产过程的排放，这需要能够大规模替换现有原料的工艺技术；二是改变以煤炭为主体的燃料结构。此外，中国水泥企业的资产运行年限较短，快速转型带来的搁浅资产风险较高，同时，较低的行业集中度也对新技术的大规模应用带来一定挑战。 中国水泥行业减排面临的挑战
　　中国是全球最大的水泥生产国和消费国。
　　2021年中国水泥生产占世界的57%，中国共生产水泥23.63亿吨，共消费水泥23.8亿吨，消费量也占全球一半以上。从碳排放的角度看，2020年中国水泥行业二氧化碳排放量约为13.7亿吨。据不同研究， 水泥行业占全国总碳排放的比例约13%，仅次于电力和钢铁行业。 水泥行业的减排对实现中国碳中和至关重要。
　　但中国水泥行业的碳中和之路并不容易，甚至困难重重。
　　1、过程排放是水泥行业减排的最大难点
　　水泥生产过程中约60%的碳排放来自碳酸盐 （主要是石灰石）分解产生的二氧化碳，即过程排放。以生产1吨水泥需要1.2–1.3吨石灰石计，全国每年水泥行业消耗的石灰石重量在20亿吨级别。虽然目前业界在探索原料替代工艺方面取得了突破，但尚未出现能广泛替代石灰石的替代原料、生产工艺或替代性胶凝材料。
　　2、水泥生产高度依赖化石燃料
　　在水泥生产过程中，化石燃料燃烧及电力消耗产生的碳排放分别全流程碳排放的约35%和5%。 中国水泥生产的能源输入以煤炭为主，只有2%左右来源于非化石燃料， 而欧洲国家的替代率可以达到40%以上。
　　目前水泥行业中较有潜力的替代燃料包括固体废弃物、生物质等。氢能、绿色电力等新型可再生能源在水泥中的应用尚处于早期验证阶段。
　　3、水泥行业集中度不高，不利于市场集体行动以及新技术的推广
　　水泥行业的全国熟料产能排名前十的企业产能集中度约为57%，尚有提升空间。集中度不高不利于落后产能的淘汰，也不利于新技术的集中研发与大规模部署。对于碳捕集与封存等需要较大基础设施投资的新技术，水泥企业较为分散的格局也会阻碍基础设施共建共享，从而推高应用成本和难度。
　　4、水泥资产运行年限较短，在产业低碳转型的背景下面临较大的搁浅风险
　　据估计，中国约90%的水泥生产设施为近20年以内新建，40%的水泥厂于近10年内新建，而全球范围内水泥厂的运行寿命通常为40年。如果未来在双碳目标的约束下，部分现存的水泥生产设施成为搁浅资产的风险上升。如果对这些设施进行升级改造，由于其投入使用的年限较短，也会对企业造成较大的成本负担。 中国水泥行业碳中和转型优势
　　随着中国经济从高速增长阶段转向高质量发展阶段，水泥工业及其下游的建设行业也将实现高质量转变。
　　经过过去20年的快速发展，未来中国的城镇化和基础设施趋于饱和，水泥需求将进入平台期甚至下降。同时， 供给侧改革的推进，减污降碳环保政策、错峰生产和减量置换等产业政策常态化，以及双碳目标新形势下的碳市场等手段， 将联合发力推动水泥行业向低碳乃至碳中和转型。
　　1、政策利好、广泛的市场和创新能力利于新能源和新技术的落地推广
　　中国水泥行业应用的技术和设备较为先进，生产能效在国际上处于领先水平，且拥有创新和新技术应用的经验和能力。中国拥有广泛的水泥市场基础和创新试验条件，利于水泥行业的新技术研发与推广。
　　在国家支持下，以风电光伏为代表的新能源电力已实现对煤电的成本优势。氢能作为前沿科技和产业变革领域也明确列入国家＂十四五＂规划。2022年发布的《氢能产业发展中长期规划（2021-2035 年）》 中明确提出探索氢能在工业领域替代应用、扩大工业领域氢能替代化石能源应用规模。这些因素将为新能源在水泥行业转型中的应用创造技术和成本上的利好条件。
　　2、建筑业低碳意识的提升将培育壮大低碳建材市场
　　以建筑业为代表的水泥下游行业不断深化绿色变革、提升低碳标准，将对以水泥为代表的建材行业低碳转型带来利好，并有助培育壮大低碳建材的市场需求。
　　2019年，住房和城乡建设部发布《建筑碳排放计算标准》，以国标的形式将建材生产的碳排放纳入建筑碳排放计算中。2021年，国家住房和城乡建设部规定自2022年4 月1日起，现行工程建设将强制要求进行建筑碳排放计算。国内房地产企业也纷纷加入双碳行动中。例如，远洋集团已带头承诺2050年实现＂碳中和＂；包括万科、中国金茂等在内的10家房企公开承诺公司新建建筑100%符合绿色建筑标准。建筑业低碳意识的提升将为水泥低碳转型带来市场动力。 水泥行业脱碳的技术路径
　　现阶段我国水泥的低碳生产主要通过改善原材料易烧性和易磨性、改进生产工艺及装备降低能耗等手段，虽然近期内仍能发挥减排效能，但长期来看仅依赖现有技术路径较难实现水泥行业完全脱碳的净零排放愿景。
　　水泥行业要实现完全脱碳，必须采用变革式方法。 从需求端降低水泥消耗、创新低碳水泥品种、加大低碳能源在燃料及电力中的替代率、调整水泥生产中的熟料及原料配比、并推广碳捕集与封存利用技术以抵消难以消除的过程排放。
　　其中 推动水泥行业碳排放总量降低的最大因素是产量的降低。
　　按照预测，到2050年，水泥熟料的产量将下降至每年5.6亿吨，约为2020年水平的1/3， 这将有助于减少约67%的碳排放。 推动水泥需求与产量降低的主要因素在短期和长期略有不同。短期内，淘汰落后和过剩的水泥产能是降低水泥行业碳排放的主要手段，也能推动水泥行业尽快实现碳达峰。
　　固体废弃物燃料是较有基础的燃料替代方案。 我国水泥工业的替代燃料发展较晚。现有技术主要是水泥窑协同处置技术，属于固体废物利用的初级阶段，为进一步开发为替代燃料奠定了基础。国际上，先进水泥企业都实现了较高的燃料替代率，以固体废物燃料为主。欧盟国家将水泥的燃料替代率从较低水平大幅提到平均近40%，对我国发展水泥替代燃料具有借鉴意义。
　　除此之外，水泥企业也在探索 光伏热能、氢能和电力在燃料替代方面的价值。
　　图表13列举了目前一些新型水泥窑燃料替代技术，但这些项目仍处于研发和试点的阶段。水泥窑烧氢需要大量改造现有水泥窑结构和充分的氢能供给，且氢气火焰的热力学性质及产生水蒸气使其不利于直接加热，在水泥行业中的利用仍面临一定挑战。水泥窑的工作温度较高（1300~1450°C），使用电力加热也需要全面改造现有窑炉结构，但我们不能排除新型能源和技术在生产低碳水泥中的潜力。
　　编辑：杭州绿碳咨询
　　落基山研究所 中国水泥协会《加深工业深度脱碳：中国水泥行业碳中和之路》