付立娟 楊勇 盧靜華

（國(guó)家建筑材料展貿(mào)中心，北京 100037）

0 前言

中國(guó)向世界做出了2030年碳排放力爭(zhēng)達(dá)到峰值、2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和的承諾。中國(guó)建筑材料聯(lián)合會(huì)向全行業(yè)發(fā)布了減排目標(biāo)，要在2025年提前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，水泥行業(yè)更是計(jì)劃于2023年率先實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰。水泥作為工業(yè)領(lǐng)域的第二大碳排放行業(yè)，面對(duì)“雙碳”國(guó)家目標(biāo)的要求，未來(lái)面臨巨大的挑戰(zhàn)和新的發(fā)展機(jī)遇。

1 全球水泥工業(yè)碳排放形勢(shì)

全球水泥工業(yè)產(chǎn)量2020 年達(dá)到4.2Gt，其中中國(guó)占53.84%，印度占7.83%，分別排前兩名。根據(jù)全球人口城市化趨勢(shì)及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需求，預(yù)計(jì)到2050年，未來(lái)市場(chǎng)還將增長(zhǎng)12%-23%。由于水泥生產(chǎn)的規(guī)模及其生產(chǎn)過(guò)程的特點(diǎn)，水泥工業(yè)被認(rèn)為CO2排放的主要來(lái)源之一，屬于難減行業(yè)，每生產(chǎn)一噸水泥熟料可釋放高達(dá)0.8853噸CO2。全球水泥產(chǎn)量分布見(jiàn)圖1[1]。

圖1 2020年全球水泥產(chǎn)量各國(guó)占比Fig.1 Proportion of countries in global cement production in 2020

為實(shí)現(xiàn)碳減排、碳中和目標(biāo)，水泥企業(yè)削減CO2排放勢(shì)在必行，而全球有很多水泥企業(yè)已做出諸多努力，進(jìn)行綠色生產(chǎn)并制定了減碳或碳中和目標(biāo)。

2 我國(guó)水泥工業(yè)碳排放形勢(shì)

我國(guó)水泥行業(yè)是耗能大戶(hù)，CO2排放量占比很高，水泥生產(chǎn)工藝中水泥窯煅燒、原材料烘干、粉磨等過(guò)程消耗大量能源，煅燒過(guò)程中碳酸鈣分解CO2排放量占整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中總排放量的60%-70%。水泥熟料產(chǎn)量越大，碳排放越多。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，2009年-2020年，水泥熟料產(chǎn)量增長(zhǎng)導(dǎo)致水泥產(chǎn)業(yè)碳排放值從9.71億噸增加到了13.75億噸[2]。

隨著提高工藝及裝備技術(shù)，提升原材料及燃料利用率，嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家環(huán)保、減排政策及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)新、低碳技術(shù)的應(yīng)用，以及嚴(yán)禁新增產(chǎn)能、產(chǎn)能置換、錯(cuò)峰生產(chǎn)、淘汰落后產(chǎn)能等供給側(cè)改革的實(shí)施，中國(guó)水泥行業(yè)“十四五”期間年熟料產(chǎn)量預(yù)計(jì)在14-16億噸，年水泥產(chǎn)量預(yù)計(jì)在22-24億噸，年碳排放預(yù)計(jì)在達(dá)到14.5 億噸后開(kāi)始下降[3]，在“十四五”期間就能實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰。

2.1 水泥工業(yè)碳排放現(xiàn)狀

水泥工業(yè)是燃料、礦石等原材能消耗大戶(hù)，水泥生產(chǎn)工藝全過(guò)程中CO2排放量很大，占全國(guó)CO2總排放量的13%以上，實(shí)現(xiàn)中國(guó)建材行業(yè)于2025年提前碳達(dá)峰的目標(biāo)還面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。同時(shí)，由于水泥行業(yè)較早開(kāi)展了原燃料替代、節(jié)能降碳和行業(yè)自律等減排政策與技術(shù)的貫徹實(shí)施，水泥行業(yè)的CO2減排具有全產(chǎn)業(yè)鏈條減碳、低碳技術(shù)、裝備、工程、產(chǎn)品研發(fā)等優(yōu)勢(shì)，對(duì)持續(xù)改善能源、資源和環(huán)境質(zhì)量做了大量的技術(shù)研究，更增強(qiáng)了水泥行業(yè)的高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Φ耐诰??！笆濉逼陂g水泥行業(yè)已實(shí)現(xiàn)CO2減排量達(dá)17.2億噸。

2020年我國(guó)水泥熟料產(chǎn)量已達(dá)16億噸，水泥產(chǎn)量已達(dá)23.8億噸，每生產(chǎn)1噸水泥熟料排放約0.86噸CO2（其中碳酸鹽分解碳排放量約0.56噸CO2/噸熟料，燃煤碳排放約0.30噸CO2/噸煤），由此測(cè)算出2020年水泥工業(yè)CO2排放量已達(dá)12.3億噸，同比上升了1.8%，其中煤等燃料排放量同比上升了0.2%，生產(chǎn)工藝過(guò)程排放量同比上升了2.7%，同時(shí)電力消耗可折算出8955萬(wàn)噸左右的CO2當(dāng)量[4]。據(jù)初步預(yù)測(cè)，我國(guó)水泥熟料消費(fèi)峰值量約為16.5億噸，以當(dāng)前水泥行業(yè)平均碳排放水平測(cè)算，行業(yè)碳排放量約為14.2億噸/年。峰值預(yù)計(jì)在“十四五”中期出現(xiàn)，2025年、2030年、2050熟料消費(fèi)規(guī)模預(yù)計(jì)分別在15.5億噸、12億噸、10億噸左右[5]。

2.2 影響水泥碳排放量的主要因素

水泥工業(yè)不同于其他工業(yè)，其CO2排放分為直接碳排放（水泥生產(chǎn)過(guò)程中化石燃料燃燒排放和熟料生產(chǎn)過(guò)程中的排放）和間接排放（水泥生產(chǎn)過(guò)程中消耗的電力產(chǎn)生的排放）。間接排放主要源于我國(guó)水泥工業(yè)電力主要靠火力燃煤發(fā)電，這也是CO2的主要排放源，其碳排放因子約為0.46噸CO2/MW·h。

水泥行業(yè)碳排放量的主要影響因素有單位水泥碳排放強(qiáng)度和水泥熟料的產(chǎn)量，單位水泥碳排放強(qiáng)度又與原燃材料、能源效率、生產(chǎn)效率等有關(guān)。因此，要實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和，必須從原材料和燃料的選擇等方面實(shí)現(xiàn)源頭控制，從提高能源效率、提高生產(chǎn)效率等方面實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制的減碳技術(shù)，從實(shí)行碳捕獲、（再）利用與封存等方面實(shí)現(xiàn)末端治理技術(shù)。

2.3 水泥工業(yè)碳減排、碳中和核算

水泥工業(yè)碳足跡研究開(kāi)展較早，從水泥生產(chǎn)全生命周期核算CO2排放，為水泥工業(yè)碳減排技術(shù)打下了基礎(chǔ)，對(duì)全社會(huì)實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)有很大貢獻(xiàn)。

1）水泥工業(yè)可再生能源、易燃廢棄物綜合利用中的碳核算

水泥工業(yè)可再生能源、易燃廢棄物綜合利用主要包括固態(tài)和液態(tài)沼氣、工業(yè)垃圾（包括燃料的煤矸石）、城市垃圾等，可再生能源和易燃廢棄物碳排放可按零排放核算。

2）水泥工業(yè)煅燒余熱和余壓循環(huán)回收利用量和余熱發(fā)電量核算

按照國(guó)家工業(yè)企業(yè)現(xiàn)行能源統(tǒng)計(jì)核算的規(guī)定，計(jì)算綜合能耗時(shí)余熱和余壓循環(huán)回收利用量可適當(dāng)扣減。水泥工業(yè)余熱發(fā)電量核算按照當(dāng)年火力發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗計(jì)算水泥工業(yè)CO2的減排量。

3）水泥熟料消納固廢量的CO2減排量核算

水泥工業(yè)采用電石渣、冶煉渣和硫酸渣等非碳酸鹽鈣質(zhì)工業(yè)廢渣為原料的，計(jì)算固體工業(yè)廢渣的消納量，核算水泥熟料生產(chǎn)過(guò)程中所替代灰?guī)r量的CO2減排量。

3 我國(guó)水泥行業(yè)碳減排實(shí)施路徑

3.1 能效提高技術(shù)

水泥工業(yè)能量消耗主要源于生產(chǎn)過(guò)程中的熱耗和電耗。隨著研究并應(yīng)用水泥生產(chǎn)中的降耗技術(shù)，熱耗和電耗持續(xù)下降，CO2排放量相應(yīng)減少。水泥企業(yè)通過(guò)技術(shù)改造，應(yīng)用先進(jìn)工程設(shè)計(jì)的節(jié)能設(shè)備，可提高熱效率。同時(shí)，注重節(jié)能設(shè)備維護(hù)，可進(jìn)一步提升設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)效率，是提高能效、減少碳排放的管理措施之一。

近年來(lái)，新型干法窯水泥生產(chǎn)工藝系統(tǒng)不斷優(yōu)化、應(yīng)用高效節(jié)能技術(shù)，提升了水泥工業(yè)能效水平。目前，水泥熱耗國(guó)際先進(jìn)指標(biāo)約為2842kJ/kg熟料，綜合電耗為82kW·h/t水泥。對(duì)新型干法窯水泥生產(chǎn)工藝，根據(jù)CSI-“把數(shù)據(jù)搞準(zhǔn)”（GNR）中的數(shù)據(jù)，1990年熟料燒成熱耗全球加權(quán)平均值為3605kJ/kg熟料，2006 年為3382kJ/kg，16 年來(lái)燒成熱耗降低了222kJ/kg熟料（約6%）。目前水泥窯生產(chǎn)規(guī)模已達(dá)14000t/d，預(yù)計(jì)2030年-2050年間熟料燒成熱耗會(huì)有小幅下降，約減排5%。1990年水泥電耗為115kW·h/t，2006年下降為111kW·h/t，預(yù)計(jì)2030年-2050年間水泥綜合電耗下降幅度有限。

3.2 熟料替代技術(shù)

這是目前公認(rèn)的水泥行業(yè)減排最直接和有效的方法。熟料生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生CO2排放，因此水泥中少用熟料或混凝土中少用水泥無(wú)疑會(huì)減少CO2的排放。?；郀t礦渣、粉煤灰、石灰石或火山灰等礦物質(zhì)成分，通過(guò)單摻或混摻的配料方案可替代熟料來(lái)生產(chǎn)各種水泥。近年來(lái)，國(guó)際上出現(xiàn)煅燒粘土復(fù)合石灰石替代熟料的新型低碳水泥，主要是為應(yīng)對(duì)未來(lái)歐洲清潔能源技術(shù)實(shí)施后將出現(xiàn)的粉煤灰、礦渣類(lèi)混合材短缺問(wèn)題。根據(jù)“十三五”重點(diǎn)項(xiàng)目對(duì)此的研究結(jié)果[6]，所制備的熟料系數(shù)0.50的石灰石煅燒粘土新型低碳水泥的28d抗壓強(qiáng)度與參比純硅酸鹽水泥相當(dāng)，而混凝土耐久性更優(yōu)。此外，還有少熟料水泥品種或采用堿激發(fā)礦渣、堿激發(fā)粉煤灰或納米材料（納米SiO2、納米CaCO3、碳納米管等）來(lái)改性水泥或混凝土制品。水泥制品中應(yīng)用膠凝性或有潛在膠凝性的混合材也可實(shí)現(xiàn)低碳排放。

水泥熟料替代技術(shù)是低碳排放的重要選擇。通過(guò)減少水泥中熟料占比，可顯著降低水泥生產(chǎn)過(guò)程中與熟料生產(chǎn)產(chǎn)生的碳排放。

目前我國(guó)水泥工業(yè)熟料替代總量居世界首位。2006年GNR數(shù)據(jù)中世界平均熟料系數(shù)為78%，預(yù)計(jì)2030年熟料系數(shù)可降到70%-75%，預(yù)計(jì)2050年可降到65%-70%。隨著我國(guó)水泥工業(yè)應(yīng)用工業(yè)固體廢物等可替代水泥熟料材料技術(shù)的不斷提升，平均熟料系數(shù)約為0.66，水泥工業(yè)每年利用固體廢物等替代熟料約7億噸，節(jié)約了大量能源、資源，保護(hù)了生態(tài)環(huán)境。

3.3 替代原材料及燃料技術(shù)

水泥工業(yè)生產(chǎn)熟料工藝中CO2排放直接占比為1/3，采用可替代燃料可減少CO2排放。應(yīng)減少煤或焦炭等傳統(tǒng)化石燃料及生物質(zhì)燃料，更多使用焚燒垃圾和廢棄物等來(lái)替代化石燃料。水泥窯適用替代燃料的原因是其能源組成與化石燃料相近，且其無(wú)機(jī)成分部分可與熟料相結(jié)合。

目前，從技術(shù)層面可實(shí)現(xiàn)水泥生產(chǎn)中使用100%的替代燃料，但實(shí)際應(yīng)用中還達(dá)不到這個(gè)比例，原因是大多數(shù)替代燃料的物理和化學(xué)性質(zhì)與傳統(tǒng)燃料不同，許多使用起來(lái)有困難，如熱值低、含水量大、高氯或其他微量元素含量高的物質(zhì)。有些如汞、鎘、鉈揮發(fā)性金屬須嚴(yán)格管理和預(yù)處理，以確保均一的化學(xué)成分和最佳燃燒。此外，替代燃料綜合利用與政策和法規(guī)推動(dòng)力不足等多種因素有關(guān)。

水泥工業(yè)全生命周期分析表明：1）如果水泥生產(chǎn)中的燃料以廢棄物焚燒替代，還需用化石燃料來(lái)焚燒它們，總體上會(huì)排放更多CO2；2）使用替代燃料可減少垃圾填埋，減少填埋排放產(chǎn)生的甲烷，其相對(duì)氣候變化影響指數(shù)是CO2的21倍。

預(yù)計(jì)到2030 年，傳統(tǒng)燃料替代率在發(fā)展中國(guó)家可達(dá)10%-20%，發(fā)達(dá)國(guó)家可達(dá)50%-60%，平均可達(dá)30%；到2050年，傳統(tǒng)燃料替代率在發(fā)展中國(guó)家可達(dá)20%-30%，發(fā)達(dá)國(guó)家仍為50%-60%，平均可達(dá)35%。這些傳統(tǒng)燃料替代目標(biāo)必須在法律、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)各方面保障下才能實(shí)現(xiàn)。

我國(guó)水泥工業(yè)的燃料替代尚屬初期，水泥窯協(xié)同處置、替代化石能源利用方面有待加大力度，目前替代燃料比例不足2%，未來(lái)減排潛力較大。

3.4 低碳熟料水泥技術(shù)

典型的中國(guó)特色技術(shù)和產(chǎn)品包括20世紀(jì)七八十年代開(kāi)發(fā)應(yīng)用的硫鋁酸鹽水泥、“九五”和“十五”期間開(kāi)發(fā)的現(xiàn)已在水電行業(yè)廣泛應(yīng)用的高貝利特水泥，以及后續(xù)研發(fā)的貝利特硫鋁酸鹽水泥等。這些產(chǎn)品盡管目前產(chǎn)量不大，但隨著市場(chǎng)的不斷開(kāi)拓，其節(jié)能減排潛力會(huì)不斷提高。

3.5 余熱發(fā)電技術(shù)

這是中國(guó)水泥工業(yè)節(jié)能減排的特色。我國(guó)水泥窯85%以上采用余熱發(fā)電技術(shù)，5000tpd及以上規(guī)模的大型水泥窯幾乎100%采用余熱發(fā)電技術(shù)。這對(duì)于提高能源利用效率、降低水泥生產(chǎn)間接CO2排放有重要意義。

3.6 水泥碳捕集利用技術(shù)（CCUS）

水泥工業(yè)減排難度大，其碳中和離不開(kāi)水泥生產(chǎn)中CO2捕集和利用技術(shù)。按全球水泥低碳技術(shù)路線圖分析，未來(lái)至2050年，水泥行業(yè)CO2減排潛力約50%依賴(lài)碳捕集利用技術(shù)[7]。目前，典型的碳捕集技術(shù)有燃燒后捕集技術(shù)、全氧燃燒技術(shù)、間接換熱技術(shù)、鈣循環(huán)技術(shù)等，其中，全氧燃燒技術(shù)在燃燒過(guò)程中實(shí)現(xiàn)煙氣CO2的自富集，不論是直接封存利用，還是進(jìn)一步捕集提純，其投資、運(yùn)行成本是四種技術(shù)中最經(jīng)濟(jì)的。即使如此，全氧燃燒捕集技術(shù)仍面臨一次性投資高、碳捕集利用成本居高不下的問(wèn)題。

4 水泥工業(yè)CCUS技術(shù)

水泥工業(yè)收集高濃度CO2可直接利用(CCUS技術(shù))。目前，油田注入是最大規(guī)模的CO2直接利用，可提高采油效率，并對(duì)CO2進(jìn)行地質(zhì)封存。全球首個(gè)CO2封存項(xiàng)目是北海Sleipner油氣田，每天可注入2700噸CO2，自1996年來(lái)已累積封存CO22000×104 噸。加拿大Weyburn油田的強(qiáng)化采油工程(Enhanced Oil Recovery，EOR)也應(yīng)用了CO2封存技術(shù)，每天有1000噸CO2注入油田以提高油田采收率。我國(guó)吉林大情字油井于2008年6月注入CO2，提高氣井采收率10%，到2009年11月累積注入CO2104噸，初步試驗(yàn)取得了一定經(jīng)驗(yàn)[8-9]。此外，較大規(guī)模的CO2利用方法還有用驅(qū)氣原理進(jìn)行甲烷水合物的開(kāi)采，也可考慮在海上建設(shè)平臺(tái)發(fā)電廠，以開(kāi)采的海底甲烷為燃料，將發(fā)電電流輸往陸上，燃燒產(chǎn)生的CO2注入海底的甲烷水合物礦層，在20個(gè)大氣壓、0℃左右條件下CO2可形成穩(wěn)定的CO2水合物存于海底，而分解的甲烷水合物可收集用于發(fā)電，這種方法發(fā)展?jié)摿^大[10]。

CO2直接利用總量有限，利用量分配估計(jì)如下：40%用于合成化學(xué)品，35%用于三次采油，10%用于制冷，10%用于焊接保護(hù)、養(yǎng)殖等，剩下5%用于制造碳酸飲料。

CO2合成化學(xué)品的主要途徑有：

1）如尿素、二氧化硅、羰基化一氧化碳等無(wú)機(jī)化學(xué)品。

2）CO2+環(huán)氧乙烷合成碳酸乙烯酯有機(jī)化學(xué)品可用于紡織、印染、電化學(xué)高分子合成等溶劑、鋰電池等；CO2+甲醇或+尿素合成碳酸二甲酯等有機(jī)化學(xué)品可用于制備醫(yī)藥、農(nóng)藥、染料等；CO2可合成水楊酸用于阿司匹林等藥劑中間體、防腐劑、染料等；CO2可合成雙氰酸用于酒石酸、檸檬酸、固色劑、促進(jìn)劑、黏合劑等。此外，CO2還可用作超臨界萃取劑、發(fā)泡劑、制冷劑、膨化劑、焊接保護(hù)氣體、消防滅火劑、儲(chǔ)存保鮮劑，也可用于溫室藻類(lèi)養(yǎng)殖，可使微藻生長(zhǎng)快，適應(yīng)性強(qiáng)，油脂含量高達(dá)70%。一些經(jīng)特殊培植的微藻可固定CO2量是陸生植物的10～50倍。其他應(yīng)用目前難以解決億噸級(jí)的CO2利用問(wèn)題[11]。

5 水泥工業(yè)碳封存技術(shù)

由于CO2是大型工業(yè)排放源，排放量大，是典型的溫室氣體，對(duì)環(huán)境構(gòu)成一定威脅，應(yīng)永久儲(chǔ)存，也稱(chēng)封存。CO2經(jīng)過(guò)捕獲和壓縮處理后經(jīng)管道輸送到特定地點(diǎn)長(zhǎng)期封存，不能直接排放到大氣中。目前，化學(xué)封存、礦物碳化封存、地質(zhì)封存、海洋儲(chǔ)存和生態(tài)封存等是CO2主要的封存方式。

5.1 化學(xué)封存

在CO2的捕獲技術(shù)中，化學(xué)吸收法的SkyMine?工藝是一種典型的化學(xué)封存，其將CO2轉(zhuǎn)化為NaHCO3，使之成為一種日用化工品。此外，在CCRS碳捕獲技術(shù)與再利用技術(shù)中也有很多以CO2為原料，通過(guò)廉價(jià)氫或碳等還原劑使CO2轉(zhuǎn)化為可再利用的產(chǎn)品，如甲醇、二甲醚、乙烯、丙烯等。這種將CO2通過(guò)化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)換為其他物質(zhì)的封存方法即為化學(xué)封存。

5.2 礦物碳化封存

CO2與金屬氧化物反應(yīng)形成礦物碳酸化的不溶性碳酸鹽，如CaO和MgO，這在自然界稱(chēng)為硅酸鹽風(fēng)化。捕獲的高濃度CO2被金屬氧化物，如礦渣或粉煤灰等堿性工業(yè)廢渣，固定為碳酸鹽的過(guò)程為礦物碳化。礦物碳化熱量大部分來(lái)自上游燃燒過(guò)程CO2產(chǎn)生釋放的熱量（393.8kJ/mol CO2）。礦物碳化原理是天然硅酸鹽礦物吸收CO2的化學(xué)反應(yīng)及放熱量[12]。

通過(guò)礦物碳化捕獲固碳技術(shù)目前也有工業(yè)應(yīng)用，其中較典型的是采用外燃式旋窯高溫煅燒碳酸鹽礦物質(zhì)，其基本技術(shù)原理是利用石灰石（CaCO3）、菱鎂石（MgCO3）、白云石（CaMg(CO3)2）或其他碳酸鹽固體礦物質(zhì)物料（加熱分解溫度需在910℃以下）在一定溫度下可分解為CO2氣及石灰（CaO）產(chǎn)品、氧化鎂粉（MgO）產(chǎn)品、鎂鈣（或鈣鎂）粉產(chǎn)品或其他碳酸鹽固體礦物質(zhì)分解后形成不含CO2的固體物料或產(chǎn)品的特點(diǎn)，在加熱分解前述礦物質(zhì)物料所需的燃料燃燒（火焰及煙氣）不與物料接觸的條件下，形成CO2氣及不含CO2的固體物料或產(chǎn)品。加熱分解前述礦物質(zhì)物料采用旋窯，燃料燃燒在窯外，礦物質(zhì)物料在窯內(nèi)，礦物質(zhì)物料CO2分解在窯內(nèi)完成，窯內(nèi)礦物質(zhì)物料分解產(chǎn)生的CO2氣自窯內(nèi)抽出后進(jìn)一步加工成為CO2產(chǎn)品、礦物質(zhì)物料分解后產(chǎn)生的不含CO2的物料自窯內(nèi)排出后形成CaO、MgO等產(chǎn)品[13]。

5.3 地質(zhì)封存

其類(lèi)似自然界中地質(zhì)封存天然氣的原理。這種地質(zhì)封存可達(dá)到2000Gt CO2的封存能力，是未來(lái)CO2主要的封存方式。

CO2地質(zhì)封存技術(shù)有如下幾類(lèi)：①CO2封存于石油天然氣枯竭處；②利用強(qiáng)化采油技術(shù)EOR和強(qiáng)壓氣體回收技術(shù)將CO2封存于石油天然氣儲(chǔ)層；③利用強(qiáng)化煤田甲烷回收技術(shù)ECBM將CO2封存于不可開(kāi)采煤層；④深部咸水含水層封存；⑤封存于玄武巖、油頁(yè)巖層及其他巖層。

CO2地質(zhì)封存是當(dāng)前最有前途的技術(shù)方案。利用強(qiáng)化采油技術(shù)作為CO2地質(zhì)封存技術(shù)，能部分補(bǔ)償CO2的封存成本，在短期內(nèi)顯著減少CO2排放量，但其受限于油田地理分布不均勻，開(kāi)采量有限，且泄漏可能性也是一個(gè)主要障礙。利用強(qiáng)化煤田甲烷回收技術(shù)封存CO2也有一定的潛力[14]。

5.4 海下封存

將CO2封存于深海是一個(gè)更安全的封存方式，可將氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)的CO2排放到深海中。目前CO2海下封存主要有兩種方法，一種是以高于5MPa壓力將CO2注入1500米以下的海水，使液體CO2與海水混合溶解，另一種是將CO2注入3000米以下的海水，高壓下液態(tài)CO2的密度遠(yuǎn)高于海水的密度。

6 我國(guó)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和前景展望

6.1 邊界探討

從歐洲2050年低碳路線圖可以看出，歐洲碳減排與碳中和采用5C計(jì)劃，說(shuō)明其碳減排與碳中和邊界也包括熟料、水泥、混凝土、建筑及再碳化。我國(guó)水泥行業(yè)碳減排與碳中和是否也采用此邊界范圍，要從水泥上下游生產(chǎn)全產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)考量。只有確定好邊界，才能采取更有效措施來(lái)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰與碳中和目標(biāo)。

6.2 碳達(dá)峰

1）從需求層面看

①基建工程方面：2021是“十四五”規(guī)劃的開(kāi)局之年，基建工程要保持投資合理增長(zhǎng)，隨著含綠色建筑、綠色建材的基礎(chǔ)設(shè)施和市政工程以及新型城鎮(zhèn)化、交通水利等重大工程的推進(jìn)，預(yù)計(jì)基建投資可維持增長(zhǎng)。②房地產(chǎn)工程方面：“房子是用來(lái)住的，不是用來(lái)炒的”深入人心，限制投資型房產(chǎn)政策出臺(tái)后，對(duì)房地產(chǎn)商融資的限制措施更加嚴(yán)格，導(dǎo)致房地產(chǎn)新開(kāi)工項(xiàng)目進(jìn)度遲緩，影響了對(duì)水泥的需求量，但隨著人們對(duì)美好生活的向往，房地產(chǎn)商也在減少融資依賴(lài)，所以預(yù)計(jì)房地產(chǎn)對(duì)水泥影響有限。

2）從供給層面看

生態(tài)環(huán)保要求越來(lái)越嚴(yán)格，水泥企業(yè)錯(cuò)峰生產(chǎn)常態(tài)化、生產(chǎn)限電、碳核查等綜合因素影響水泥的供給。除云南、廣西等區(qū)域的新增產(chǎn)能對(duì)市場(chǎng)有一定沖擊外，其他區(qū)域水泥產(chǎn)能總體保持與2020年持平的態(tài)勢(shì)。

3）從市場(chǎng)價(jià)格和經(jīng)營(yíng)效益角度看

2021年水泥市場(chǎng)價(jià)格將繼續(xù)保持穩(wěn)定，除個(gè)別區(qū)域市場(chǎng)價(jià)格有下行風(fēng)險(xiǎn)外，水泥主流市場(chǎng)價(jià)格會(huì)保持堅(jiān)挺，經(jīng)營(yíng)效益有望保持穩(wěn)定。

4）從產(chǎn)業(yè)政策層面看

水泥產(chǎn)能減量和置換、水泥企業(yè)錯(cuò)峰生產(chǎn)常態(tài)化、限產(chǎn)、污染物排放總量控制、市場(chǎng)反壟斷力度加大等政策的出臺(tái)，對(duì)控制新增產(chǎn)能、動(dòng)態(tài)供給平衡、行業(yè)自律規(guī)范、市場(chǎng)有序競(jìng)爭(zhēng)等都有利。

5）從科技創(chuàng)新層面看

大型企業(yè)集團(tuán)加大了對(duì)科技創(chuàng)新的投入，更加追求提升能效水平和資源綜合利用能力，隨著數(shù)字化信息化技術(shù)的應(yīng)用，水泥企業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型發(fā)展，環(huán)保和安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)一步提高。2021年，中國(guó)建材聯(lián)合會(huì)啟動(dòng)了水泥行業(yè)碳達(dá)峰和碳中和實(shí)施技術(shù)與碳核算等工作，為水泥行業(yè)“十四五”高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)新的格局[15]。

因此，根據(jù)市場(chǎng)需求、經(jīng)濟(jì)狀況及宏觀政策調(diào)控等，我國(guó)水泥工業(yè)在“十四五”期間熟料需求量將保持15.5～16.5億噸/年的規(guī)模，至2030年需求規(guī)模在12億噸左右，預(yù)計(jì)2050年仍可保持在10億噸左右。我國(guó)水泥行業(yè)碳達(dá)峰應(yīng)在“十四五”期間完成，熟料峰值大約為16.5億噸。

6.3 碳中和

1）做好碳減排、清潔生產(chǎn)工作

從原料替代、燃料替代、熟料或水泥替代、能源替代等方面做好低碳生產(chǎn)，從提高能源效率、清潔生產(chǎn)做好節(jié)能減排工作，既有助于碳達(dá)峰，又為碳中和減輕壓力，加快水泥行業(yè)碳中和步伐。

2）綠色工廠建設(shè)有助于碳中和

綠色制造是工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的必由之路。作為制造大國(guó)，我國(guó)尚未擺脫高投入、高消耗、高排放的發(fā)展方式，資源能源消耗和污染排放與國(guó)際先進(jìn)水平仍存在較大差距，加快推進(jìn)制造業(yè)綠色發(fā)展刻不容緩。水泥工業(yè)要從全生命周期推動(dòng)綠色工廠建設(shè)，水泥產(chǎn)品應(yīng)符合綠色性能要求，生產(chǎn)環(huán)境符合環(huán)境管理體系與要求。水泥工廠要向著資源集約化、材料無(wú)害化、生產(chǎn)清潔化、工業(yè)廢物利用率高及低碳技術(shù)應(yīng)用的方向發(fā)展。水泥工業(yè)綠色工廠建設(shè)有利于碳中和。

3）CCS/CCUS/CCRS

實(shí)現(xiàn)碳中和可分三步走：1）盡快采取碳減排措施，盡早實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，碳達(dá)峰有助于碳中和；2）采取碳捕獲、利用與封存（CCUS）與碳捕獲、再利用與封存（CCRS）的方式實(shí)現(xiàn)碳中和；3）最終采用碳捕獲與封存（CCS）方式快速實(shí)現(xiàn)碳中和。

對(duì)我國(guó)水泥行業(yè)而言，實(shí)現(xiàn)碳中和的難度不小，無(wú)論是配套的法律法規(guī)、政策支持、經(jīng)濟(jì)利益，還是技術(shù)研發(fā)等，都與歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家有一定差距，但可以借鑒其他行業(yè)或開(kāi)展行業(yè)間甚至國(guó)際合作。

7 結(jié)語(yǔ)

溫室氣體排放已成為重大全球性問(wèn)題，各國(guó)要積極行動(dòng)，利用國(guó)際間合作共同治理，客觀、全面核算各國(guó)的碳排放總量和人均碳排放量，明確各國(guó)不同發(fā)展階段產(chǎn)生的本土排放和轉(zhuǎn)移性排放。

我國(guó)承諾的碳達(dá)峰和碳中和目標(biāo)已明確，水泥工業(yè)必須加快步伐將低碳技術(shù)提升到新高度，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型水泥企業(yè)，充分發(fā)揮水泥工業(yè)處置工業(yè)、城市固廢的綜合優(yōu)勢(shì)，強(qiáng)化與冶金、化工等產(chǎn)業(yè)科技融合，提升資源利用率，協(xié)同降低溫室氣體排放量，實(shí)現(xiàn)低消耗、低排放、高效益發(fā)展的新型工業(yè)化道路，加快實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)。