[原創(chuàng)]汪瀾：水泥工業(yè)零碳流程再造

我國在聯合國大會上明確提出，力爭于2030年前二氧化碳排放達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和。作為碳排放大戶的水泥行業(yè)來說，加快低碳轉型、確保盡早碳達峰不僅是行業(yè)自身發(fā)展的內在需要，對于實現國家碳達峰目標與碳中和愿景更具有重要作用。

我國水泥工業(yè)未來的低碳轉型之路怎么走？它將給社會經濟發(fā)展帶來哪些影響？

在此背景下，中國建筑材料科學研究總院綠色建材國家重點實驗室汪瀾教授在“2021中國水泥產業(yè)峰會暨TOP100頒獎典禮”上以《水泥工業(yè)零碳流程再造》為主題展開了分享。

他表示，我國發(fā)展的能源需求不斷增加，要統(tǒng)籌協(xié)調社會經濟發(fā)展、經濟結構轉型、能源低碳轉型以及碳達峰、碳中和目標，難度很大。降低燃煤消耗、提高替代燃料的使用比例，是水泥生產實現減少直接排放的重要技術。碳中和是水泥工業(yè)中長期發(fā)展目標，必須以抓鐵有痕的勁頭，實現這一重大歷史使命。

氣候變化是全球面臨的重要挑戰(zhàn)

氣候變化溯源——最早可以追溯到180年前的溫室效應，氣候變化是指氣候平均值和氣候極端值出現了統(tǒng)計意義上的顯著變化，而近年來全球氣候出現了以變暖為主要特征的系統(tǒng)性變化。

以2019年為例，全球大氣中CO₂平均濃度為410ppm，比工業(yè)革命前增加近50%，大氣中溫室氣體增加造成的有效輻射強迫達到3.14瓦/平方米，是全球氣候變暖最主要的影響因子。

在全球氣候變暖背景下，近百年來我國地表氣溫呈顯著上升趨勢，上升速率達1.56°C/100年，平均年降水量也有較大年際波動，重大自然災害有增加趨勢。

減緩的要求及途徑

1.人類應對氣候變化可以依靠減緩途徑，通過經濟、技術等各項政策措施，控制溫室氣體排放，增加溫室氣體匯量。

2.為保證氣候變化在一定時間段內不威脅生態(tài)系統(tǒng)、糧食生產、經濟社會的可持續(xù)發(fā)展，將大氣中溫室氣體的濃度穩(wěn)定在防止氣候系統(tǒng)變到危險的人為干擾的水平上，以期通過減緩氣候變化的政策和技術措施來控制或減少溫室氣體的排放。

3.減緩途徑主要包括改變能源結構，控制化石燃料使用量，以及封存等固碳技術。

碳達峰、碳中和的概念及途徑

碳達峰、碳中和是實現減緩氣候變化階段性的重要目標。碳達峰是指主體單位的碳排放在由升轉降的過程中，碳排放的最高點即碳峰值。我國目前碳排放增速放緩，但仍呈現增長態(tài)勢，尚未達峰。碳中和是指人為排放源通過碳捕集與封存（CCS）技術等人為吸收匯達到平衡。

碳中和

作為世界上最大的發(fā)展中國家，在2060年前實現碳中和目標依然面臨非常嚴峻的挑戰(zhàn)。從排放總量看，我國碳排放總量巨大，約占全球的28%，實現碳中和所需的碳減排量遠高于其他經濟體。

從發(fā)展階段看，我國發(fā)展的能源需求不斷增加，要統(tǒng)籌協(xié)調社會經濟發(fā)展、經濟結構轉型、能源低碳轉型以及碳達峰、碳中和目標，難度很大。

我國從碳達峰到碳中和時間跨度僅有30年左右，比歐美國家時間更緊迫，需要付出更大的努力加快速度。此外，我國能源結構以煤炭為主，需在30年內快速淘汰化石能源實現零碳排放，這是一場真正的能源革命和工業(yè)革命。

碳中和、碳達峰是能源革命、工業(yè)革命，各行各業(yè)都在向科技界要成果、要技術。這對于科技界是極大的挑戰(zhàn)，也可能會轉變成難逢的機遇，即會催生出重大科技成果的出現，進而導致全新工業(yè)體系的產生。

水泥行業(yè)發(fā)展趨勢：

水泥工業(yè)是我國重要的基礎原材料產業(yè)，在經濟社會建設中具有重要的地位和作用。

水泥生產流程及電耗：

水泥生產燃煤消耗：

水泥生產原料碳排放：

水泥生產碳排放核算：

清潔電能利用：

水泥企業(yè)采用余熱發(fā)電可提供水泥生產用電的50%，利用風力、光伏等清潔電能可實現電力消耗自給自足。

替代燃料技術：

由于替代燃料、生物質燃料及衍生燃料大多為碳中性，代替燃煤可產生顯著的CO₂減排；降低燃煤消耗、提高替代燃料的使用比例，是水泥生產實現減少直接排放的重要技術。

國外替代率已接近100%，國內平均僅2%，預計2030年可達到10%，可減少二氧化碳排放26kg/t水泥。

全氧燃燒技術：

傳統(tǒng)水泥生產工藝產生煙氣中CO₂濃度約為25%，全氧燃燒技術可提高煙氣中CO₂濃度至90%。

氫能源在水泥窯應用：

采用氫能燒成技術，CO₂降低約30%，窯尾廢氣CO₂濃度可提高至90%。

低鈣水泥熟料技術：

低熟料水泥技術：

提高混合材活性，降低水泥中熟料摻量，噸水泥碳排放可降低約26%；摻加納米改性材料，提高混凝土性能，降低熟料用量。

CO₂在水泥混凝土制備過程中的應用：

水泥窯煙氣捕集CO₂→水泥混凝土應用基礎→碳酸化膠凝材料工藝研究→碳酸化養(yǎng)護性能調控→CO₂碳化混凝土規(guī)?；a。

綜上所述，大氣污染防治是近期水泥工業(yè)必須完成的目標，節(jié)能脫硝是發(fā)展方向。碳中和是水泥工業(yè)中長期發(fā)展目標，必須以抓鐵有痕的勁頭，實現這一重大歷史使命。