国际水泥动态

作者：陈飞、娄婷

2022年4月19日    第14期    中国水泥协会国际合作部

日本水泥行业碳中和长期愿景

2022年3月24日，日本水泥协会修订发布了《日本水泥行业碳中和长期愿景》。2020财年日本水泥行业二氧化碳排放量约4000万吨，成为工业领域中仅次于电力、钢铁、化工的第四大二氧化碳排放源。水泥行业碳排放60%源于过程排放，35%源于燃烧排放,5%源于电力间接排放。

基于三菱研究所的研究结果，预计2050年，日本国内水泥需求约为3400-4200万吨。全国产量据此预测，暂不考虑进出口总量。

鉴于日本自然灾害多发、资源意识较强，水泥厂在废弃物处置、资源循环利用、参与循环经济，建设循环型社会等方面发挥了极大作用，得到政府、社会广泛认可。

一、碳中和实现路径

为实现2050年碳中和的目标，日本水泥行业将从以下几个方面采取措施：

1.降低水泥产品中熟料系数

（A）增加普通硅酸盐水泥中的混合材掺量；

（B）增加B级高炉水泥的高炉矿渣含量；

  在保证水泥质量、性能的情况下将碳排放量降到最低。

2.原料替代物的低碳化（用废渣等代替石灰石）

（A）增加废弃物的使用

高炉炉渣和城市垃圾焚烧炉渣中含有脱碳氧化钙，可用作原料替代物，提高其在水泥生料中的使用量，可以减少二氧化碳的排放量。

（B）废弃混凝土循环利用

预拌混凝土厂产生的废弃水泥和再生骨料细料、施工现场产生的拆迁混凝土、残渣混凝土、返厂混凝土中也含有脱碳氧化钙，可以作为替代原料使用。未来的技术发展可以通过降低原料的含碳量来减少二氧化碳的排放。

3.引进节能设备

日本水泥行业正在通过引进节能设备来减少二氧化碳的排放，如高效熟料篦冷机、余热发电和矿渣立磨等。通过使用节能设备也能节省电力，间接减少能源方面的二氧化碳排放。此外，未来水泥工厂利用自动驾驶、物联网，以及可再生能源，进一步节省电力。

4.使用矿化剂等降低烧成温度

降低硅酸盐水泥熟料烧成温度的技术包括添加矿化剂和增加间隙。矿化剂可以将烧成温度降低约100℃左右，但该技术的应用受制于矿化剂原料的稳定采购、成本和质量。另一方面，可增加间隙来降低烧成温度。

5.使用低碳能源

使用生物质作为能源是一项重要的低碳措施。随着低碳能源需求上升，需要对能源的使用做出综合判断。比如污泥水分含量较大，干燥等预处理可能会导致整体二氧化碳排放量增加。

不仅要提高生物质的利用率，还要提高其他行业难以处理的垃圾的利用率，形成循环利用体系，减少二氧化碳排放量。

此外，氢气、氨气、甲烷、合成甲烷等的引入可以减少能源燃烧排放的二氧化碳。

6.开发新型低碳材料（与目前通用水泥成分不同的新材料）

日本水泥行业正在开发可以吸收和固化二氧化碳以及在制造过程中排放较少二氧化碳的材料。

7.致力于CCUS技术

水泥行业要为实现碳中和做出贡献，须利用CCUS技术。日本水泥协会委托全球环境产业技术研究机构（公益财团）对水泥厂排放二氧化碳的最佳捕集条件进行了调查和研究。

CCUS技术的实施需保证安全、稳定的二氧化碳贮存场所。国际上对二氧化碳地下捕集、贮存进行了研究和实证，但为了保证足够的储存场所、解决安全性和运输方法等问题，日本政府主导了相关研究。

此外，关于二氧化碳回收利用方法，日本国内企业都在全方位推进技术开发。于2020年1月公布的“革新性环境创新战略”中，提出“研发二氧化碳为原料生产新型水泥（水泥生产过程二氧化碳循环利用）新技术”，目前，该技术处于研发阶段。另外，部分企业也在推进利用从废弃物钙盐固化二氧化碳技术的开发。

日本制定了实现2050年碳中和的国家绿色增长战略，确立了国内水泥厂大规模循环利用二氧化碳技术为今后水泥产业发展的目标，同时，推进利用废弃物等多种钙源固化二氧化碳技术研发和示范应用等。具体的，绿色创新基金项目主要研发的技术有“二氧化碳循环利用生产水泥技术”“水泥烟气中二氧化碳回收技术研发和示范”，以及“利用固废钙源固化二氧化碳技术”。

此外，利用利用二氧化碳合成甲烷等燃料的研究也在同步推进。对于水泥行业，CCUS是实现碳中和的必要手段，在遵循国家基础技术开发和示范长期目标的同时，仍需加强推进短期实用化技术的开发。

《2050年碳中和绿色增长战略》中碳回收与材料产业（碳回收）增长战略“进度表”中水泥领域的工作（节选））

8.混凝土碳化（水化产物固定二氧化碳）

水泥水化产物可以与大气中二氧化碳发生反应，生成碳酸钙（CaCO₃）。大气中二氧化碳随着时间的推移而逐渐固定的反应称为水泥混凝土碳化，不包括通过赋予外部能量等强制吸收（固定）二氧化碳的反应。

大量文献报道了由混凝土碳化引起的二氧化碳固定量是巨大的，但国际上并未对水泥混凝土碳化吸收二氧化碳量的计算方法达成共识，《巴黎协定》要求各国使用的2006年版清单指南没有给出具体的计算方法和默认系数，但明确提出了该项技术。

2021年8月，IPCC（政府间气候变化专门委员会）发布的第六次评估报告（第一工作组）第五章，对2010年至2019年的碳平衡（碳排放）进行了模型估算，结果显示，平均每年碳化水泥量为0.2 PgC（折合二氧化碳约为7.3亿吨），而2010至2019年，全球水泥产量为396.3亿吨，因此，换算成水泥强度，水泥碳化量为0.185 t-二氧化碳/吨水泥。

2021年，IPCC的排放系数数据库（Emission Factor Database）提交了混凝土碳化量计算方法和数据的申请，定量计算水泥全生命周期内二氧化碳的排放和吸收固定，但数据库编辑委员会基于计算的困难性未批准这一申请。2021年4月至5月的数据库编辑委员会进一步讨论了该项内容，考虑到该申请对未来计算方法开发的益处，在上述计算方法在数据库中被记录为Note。基于该计算方法，按水泥强度估算，2050年日本的水泥碳化量约为0.095t-二氧化碳/吨水泥。

9.推广混凝土路面，提高重型车辆燃油效率

相关研究显示，提高路面坚硬程度，可提升车辆燃料效率，降低二氧化碳排放。大型车辆在混凝土路面驾驶相同距离，燃油消耗率比沥青路面低0.8～4.8%。可通过政府与私人合作等方式来普及混凝土路面，为全球二氧化碳减排做出贡献。

二、2050年水泥行业的碳中和图景

水泥生产中过程排放量占60%，仅通过提高能源效率和使用清洁能源对减低水泥碳排放作用有限。因此，为实现2050年的碳中和愿景，需要科技进步以及和建筑业等利益相关者共同合作。

1.面向2050年的措施

(1)过程排放

到2030年，熟料系数从0.85降低到0.825。

混凝土碳化固定二氧化碳量较大，但目前尚无国际公认的计算方法。

(2)能源排放

提升能源效率，并提高化石能源替代率。

不断增加使用生物质和混烧氢/氨/合成甲烷等废弃物，提升清洁能源比例至50%以上。

水泥企业充分利用风能、太阳能发电。

(3)二氧化碳的捕集、利用和封存

CCUS技术是水泥行业实现碳中和必不可少的，需推动相关技术开发，减少碳排放。

(4) 其他

熟料系数进一步下降，2050年熟料系数将降至0.8。

2.2050年水泥行业的碳中和图景