欧美水泥行业碳中和实施路径介绍

国际合作部 陈飞、娄婷

自2018年起，各国政府纷纷承诺到2050年前后实现碳中和。《联合国气候变化框架公约》（UNFCC）立足于以往工作经验，通过了具有里程碑意义的《巴黎协定》。截至2021年3月，《巴黎协定》签署方达195个，力求把全球平均气温升幅控制在工业化水平以上2℃之内，并努力将气温升幅限制在工业化前水平以上1.5℃之内。

全球变暖给人类社会造成的威胁与日俱增，欧美等发达国家水泥行业协会和行业的领军企业已纷纷着手采取切实行动来减轻气候影响，制定了碳中和路线图，提出了具体的碳减排措施和阶段性的碳中和目标。

一、欧美国家水泥协会先后推出碳中和路线图

（一）欧洲水泥协会Cembureau

欧洲水泥协会Cembureau2020年发布了碳中和路线图，提出了到2050水泥和混凝土行业实现净零排放的雄心。该路线图着眼于如何通过在产业链的每个阶段（熟料、水泥、混凝土、建筑和（再）碳化）采取行动减少二氧化碳排放，到2050年实现净零排放。该路线图对各项低碳技术二氧化减排量进行了定量分析，据此提出了具体的技术和政策建议。

欧洲水泥协会提出了与《巴黎协定》的一致的目标，即在2030年前二氧化碳总排放量减少30%，即对比1990年，2030年吨熟料二氧化碳吨排放量从783kg下降至472kg。

图1：欧洲水泥协会2030年、2050年碳中和路线

来源：欧洲水泥协会

在该目标下，建议欧盟采取果断的碳减排政策，包括：

发展泛欧二氧化碳运输和储存网络；

采取循环经济行动，支持在水泥生产中使用不可回收废物和生物质废物燃料；

基于生命周期方法，减少欧洲建筑碳足迹，鼓励建筑市场多使用低碳水泥；

在碳排放监管和促进工业转型方面营造公平的竞争环境。

（二）英国混凝土与矿物制品协会MPA

与1990年相比，英国水泥和混凝土行业碳排放量减少了50%以上。2018年，英国水泥和混凝土的二氧化碳排放量为730万吨，约占英国温室气体排放量的1.5%。英国混凝土与矿物制品协会（Mineral Product Association, MPA）在2020年推出了2050年混凝土和水泥行业超净零排放的路线图，即实现二氧化碳排放量的负增长。MPA分支机构UK Concrete确定了通过脱碳电力和输送网络、提供化石燃料替代比例、增加低碳水泥和混凝土使用量以及碳捕集、利用与封存（CCUS）技术等来实现这一目标。

“超净零排放的路线图”显示，CCUS技术对于实现净零制造至关重要，61%的二氧化碳排放需通过该技术降低。MPA试图通过提升混凝土在使用过程中吸收二氧化碳的能力以及结构混凝土绝热性能来减少建筑运营过程碳排放，从而实现超净零排放。

图2：英国混凝土与矿物制品协会碳减排量路线图

来源：英国混凝土与矿物制品协会

（三）美国波特兰水泥协会PCA

2021年10月12日，美国波特兰水泥协会（The Portland Cement Association, PCA）发布了“碳中和”路线图，其中列出了到2050年美国整个水泥和混凝土价值链的净零计划。路线图涉及整个价值链，从水泥厂开始，延伸到建筑环境的整个生命周期，以纳入循环经济。这种碳中和方法利用价值链每一步的关系，向世界证明该行业可以雄心勃勃地应对气候变化。价值链中的五个环节包括熟料生产、水泥制造和运输、混凝土生产、建筑环境建设以及使用混凝土作为碳汇捕集二氧化碳。

每个链接都确定了实现碳中和目标的具体目标、时间表和技术。该路线图中的方法利用了价值链的每一步，从最远的上游到最终的再利用和回收阶段，涵盖短期、中期和长期行动。水泥和混凝土制造商无法控制价值链中的每一个环节，但路线图提供了激励行动的方向和激励措施。  

图3：美国波特兰水泥协会碳减排路线图

来源：美国波特兰水泥协会

路线图中包含的一些行动示例如下：增加获得替代燃料的机会，特别是那些最终会被填埋的材料，供水泥厂使用；迅速推动采用加石灰石的普通水泥(PLC)、基于性能的混凝土配比、复合水泥等创新产品；投资碳捕集、利用和储存 (CCUS) 技术和关键基础设施。

（四）加拿大水泥协会CAC

加拿大水泥协会（Cement Association of Canada, CAC）和加拿大政府发布了一份联合声明，将于2021年12月推出净零碳混凝土路线图，将为加拿大水泥生产商提供政策、工具和技术，以帮助到2050年实现净零混凝土。这些计划将涵盖的领域包括：支持低排放建筑材料供应链，建立创新机会框架并让利益相关者参与进来。该路线图有可能在2030年前累计减排温室气体1500万吨，2030年后再减排逾400万吨。

加拿大政府与以CAC为代表的加拿大水泥行业建立了新的合作伙伴关系，以支持“净零碳混凝土路线图”的制定和实施。该合作伙伴关系将建立一个由CAC、国家研究委员会(NRC) 和加拿大标准委员会(SCC)领导的行业政府工作组，并与创新、科学和经济发展(ISED)组织合作。工作组被要求：

• 制定战略目标，确定短期和长期行动，以在水泥行业建设低碳经济，包括需要落实到位的联邦政府和行业活动推动变革；

• 展示水泥和混凝土行业在加拿大向繁荣、有弹性和清洁经济转型中的作用；

• 推进低碳水泥和混凝土解决方案的商业化，并提高加拿大水泥行业在清洁经济中的竞争力；

• 确保加拿大为实现到2050年净零碳混凝土的全球雄心做出贡献，包括为该行业建立温室气体减排里程碑并确定支持性市场和政策框架；

• 收集必要的数据以跟踪里程碑的进展；

• 支持加拿大的绿化指令和加美政府绿化倡议，旨在加速市场对低碳水泥和混凝土的需求；

• 支持CAC及其成员以及联邦、省和地区政府正在进行的合作工作，以推进以上目标。

（五）全球水泥和混凝土协会GCCA

2021年10月，全球水泥和混凝土协会（Global Cement and Concrete Association, GCCA）发布了“2050年水泥和混凝土行业的净零排放路线图”，承诺到2030年，与混凝土相关的CO₂排放量比2020年减少25%，到2050年实现混凝土净零排放。

图4：GCCA净零行动计划

来源：GCCA净零排放路线图

GCCA及其成员将通过以下行动和倡议加速二氧化碳减排：

1. 增加熟料替代物：将继续用粉煤灰、磨粒状高炉矿渣、煅烧粘土、未燃烧和磨碎的石灰岩或回收的混凝土细粒等补充材料代替熟料。路线图承诺进一步增加熟料替代物，GCCA也将分享世界各地的最佳实践模型，以加速其使用。

2. 减少化石燃料和增加使用替代燃料：为了减少对传统燃料的依赖，GCCA预计，到2030及2050年，替代燃料利用率将从现时的6%提升至22%、43%。

3. 对技术与创新的投资：GCC通过其世界级水泥混凝土行业产学研网络Innovandi带头创新，其研究课题包括具体的化学方法和窑炉技术。其中包括Innovandi的75家合作伙伴以及一项全球创新挑战赛，该挑战赛旨在将初创公司与GCCA成员公司对接，加速部署有前景的新技术。

4. 水泥和混凝土制造中的新型化学材料（硅酸盐水泥熟料的替代品）和成分：包括新的熟料替代品和新型熟料在内的创新水泥以及新的混凝土混合物设计在路线图中发挥着重要作用，许多有前景的方法已经处于研究或开发阶段。

5. 针对碳捕集、使用和封存的基础设施开发(CCUS)：GCCA成员将继续推进他们在北美、印度、中国和欧洲现有的CCUS试点项目的发现成果。承诺到2030年建立10座工业规模级碳捕集工厂。

6. 提高施工过程中混凝土的设计和使用效率：GCCA将加强与建筑业、设计专业人员和决策者的合作，制定设计和采购框架，推动高效利用资源和产品，使用再加工和回收材料，再利用生产元素，并延长整个项目的使用寿命。

7. 建立实现净零目标的具体政策框架：为了到2050年实现净零混凝土目标，全球混凝土和水泥行业正寻求政策制定方在以下方面的支持：

• 建立统一且适当的全球性碳定价体系，在碳成本方面创造公平的竞争环境，避免碳泄漏，并确保在管理下实现向净零经济的转型

• 通过将碳捕集利用和封存等低碳生产技术纳入公共融资机制，并提供对所有碳捕集技术的公平认证，为这些技术提供支持

• 在建筑法规和公共采购中创造对低碳产品的市场需求

• 制定发展绿色能源所需的基础设施和政策，以促进循环经济的发展

二、欧美领军水泥企业分析

（一）豪瑞集团Holcim

豪瑞集团（Holcim）加入了科学碳目标倡议（SBTi）的“将全球变暖控制在1.5℃商业目标”承诺，成为了全球首家签署该承诺的建筑材料公司，其2030中期目标已经得到SBTi批准。该承诺主要基于豪瑞集团在绿色建筑方面提供的领先解决方案，例如绿色混凝土ECOPact以及领先的再生水泥Susteno。

在2030目标中，拉法基豪瑞将进一步降低二氧化碳排放强度，降低到每吨水泥净排放二氧化碳475千克。拉法基豪瑞2020年设定了1.6亿法郎投资路线图，将促进欧洲成为实现其净零碳排放目标的第一个区域。

SBTi接受了豪瑞集团的碳减排承诺，即以2018年为基准，到2030年将每吨水泥材料的温室气体排放量范围1和范围2降低21%。为了实现这一目标，豪瑞集团承诺在同一时间范围内将范围1每吨水泥材料的温室气体净排放量减少17.5％，将范围2每吨水泥材料的温室气体净排放量减少65％。除了减少范围1和范围2的排放承诺之外，豪瑞集团还将在价值链上扩大其行动，将范围3的排放也包括在内。通过这种整体方法，豪瑞集团将其运输和与燃料相关的排放减少20％。

图5：豪瑞集团二氧化碳足迹

来源：豪瑞集团

到2030年，豪瑞集团将会：

加大低碳和碳中和产品使用量，例如ECO Pact和Susteno

回收1亿吨的废弃物和副产品，用于能源和原材料替代

加大煅烧粘土使用量，开发新型低碳水泥

加大（与2018年基准线相比）垃圾衍生燃料用量，占比达到37%

每吨水泥二氧化碳净排放量降至475Kg (CO₂净排放量/每吨水泥)

运营豪瑞首家净零二氧化碳水泥生产线（以德国的Westküste100和美国的Svante等关键试点项目为基础）

图6：豪瑞集团净零排放路线图

来源：豪瑞集团

1.范围1排放

将范围1每吨水泥净二氧化碳排放量降到475kg/t。

（到2030年，与1990年基线相比下降38%），具体措施如下：

熟料占比降低至68%：通过降低熟料比例降低CO₂排放量。

废弃物衍生燃料替代比例增至37%：通过生物质废弃物燃料替代化石燃料降低CO₂排放量。

替代原料：使用工业废料、石灰炉渣等代替部分石灰石。

碳捕集和封存项目：豪瑞集团目前正在欧洲和北美试点20多个 CCUS项目。

2.范围2排放

将范围2每吨水泥净二氧化碳排放量减少到13kg/t。

（到2030年，与2018年基线相比下降65%），通过：

余热回收：通过安装余热回收装置节省电力。

可再生能源组合：通过与电力生产商合作，安装风机和太阳能电池板产生可再生能源。

3.范围3排放

范围3排放的主要来源之一是下游运输。为实现这一目标，“车载管理系统（iVMS）”覆盖了豪瑞集团一半以上的运输距离。

交通网络优化：部署“网络优化建模工具”来设计最佳足迹并优化交通网络。该工具已在欧洲、中东、非洲和拉丁美洲的7个国家/地区实施。

优化物流、配送路线和负载：部署“路线优化工具”，减少公路运输的行驶距离和燃料使用。

优化车辆，降低油耗：与车辆供应商合作，改进车辆的设计和重量。在有可能的情况下，倾向于与可以提供环保车辆、采用优化设计、使用电动卡车或使用液化天然气的运输公司合作。

绿色驾驶：培训司机（自己的车队和第三方）以更安全、更高效地方式驾驶（将油耗降低3%到6%）。

化石燃料运输：通过从当地市场购买燃料和使用环保的入境运输方式来优化燃料运输的排放。

   豪瑞集团在实现净零排放过程中，通过在水泥生产过程中增加再生资源使用量，在产品生命周期末端加强再生循环利用。仅在2019年，豪瑞集团回收废弃物4,800万吨。

豪瑞集团将在未来的十年时间里开发部署高端技术，为净零碳排放的下一步做好准备。这包括在欧洲和北美试行20多个碳捕集、利用与封存（CCUS）项目。

（二）海德堡水泥HeidelbergCement

海德堡水泥（HeidelbergCement）承诺，到2025年，每吨水泥净二氧化碳排放量与1990年相比降低30%；到2030年，降低33%；2050年生产碳中和的混凝土。为实现这一目标，海德堡水泥公司已为所有工厂确定了具体的二氧化碳减排措施。

图7：海德堡水泥二氧化碳净排放量

来源：海德堡2020年年度业绩报告

据海德堡水泥2020年财报，2020年碳减排现状如下：

1.与2019年相比，2020年二氧化碳排放量进一步减少至576kg/t，同比下降2.3%；

2.替代燃料占比26%；

3.熟料/水泥系数为74%。

图8：海德堡水泥2030年可持续发展计划表

*2019年数据由590调整为589

来源：海德堡2020年年度业绩报告

为达成2050年碳中和目标，海德堡水泥采取的措施如下：

1.增加替代燃料的使用并提高能源效率；

2.优化窑炉何粉磨系统，降低熟料系数；

3.推动碳捕集、利用和贮存项目；

4.促进循环经济和创新产品。

图9：海德堡水泥在世界各地推进碳捕集技术

来源：海德堡2020年年度业绩报告

打造水泥行业第一条全面碳捕集和封存项目

海德堡官方网站于2020年12月15日发布消息，将在挪威布雷维克（Brevik）水泥厂建设全球水泥行业第一条全面（full-scale）CCS（碳捕集和封存）项目，预计每年可以捕集40万吨二氧化碳并永久封存。该项目现场工作将于2022年冬季停工期间开始，并计划于2024年初结束。预期在2024年前实现CO₂从烟气中的分离，最终可以减少该厂CO₂排放量的50%。

图10：海德堡水泥Brevik水泥厂碳捕集和封存过程示意图

来源：海德堡水泥官网

计划建造全球第一座碳中和水泥厂

6月2日，海德堡水泥公司表示，计划通过碳捕集技术，在2030年前将位于瑞典哥特兰岛Slite的工厂建造成全球第一座碳中和水泥厂。瑞典四分之三用于混凝土生产的水泥是由该工厂生产的。从2030年起，该工厂每年将捕获180万吨的二氧化碳，捕获的CO₂将被安全运输到离岸几公里的基岩下的永久储存地点。

除碳捕集和封存项目外，海德堡水泥还在于欧洲水泥研究院合作开展全氧燃烧富集二氧化碳的示范、LEILAC技术应用（间接换热，然后收集碳酸盐分解的二氧化碳）、低碳混凝土的开发等碳减排项目。

（三）西麦斯集团

2021年8月2日，西麦斯集团（CEMEX）签署了由We Mean Business Coalition与科学碳目标倡议（SBTi）合作牵头的1.5℃商业目标承诺倡议和联合国全球契约。2021年10月5日，西麦斯宣布SBTi已经验证了该公司的2030年全球碳减排目标：到2030年，每吨水泥材料净CO₂排放量相比1990年下降40%，这意味着到2030年，每吨水泥材料的直接（范围1）温室气体（“Greenhouse Gas，GHG”）排放量相比2020年预计减少20%。西麦斯还承诺到2030年，间接电力（范围2）温室气体排放相比2020年减少42%。

根据未来行动计划，西麦斯宣布到2030年，CO₂排放量低于475kg/t，低碳清洁电力能源占比将从2020年的29%提高到55%。到2050年，西麦斯将在全球范围内提供净零CO₂混凝土。

图11：西麦斯气候行动2030年目标&2050年雄心

来源：西麦斯集团

西麦斯2020年可持续发展成果如下：

 降低熟料系数：水泥熟料系数从1990年的85.5%降低到2020年的77%，CEMEX增加工业废弃物混合材比例，降低碳排放。开发新型熟料，CO₂排放量比传统熟料低20-30%。

CO₂排放量：2020年，与1990年的水平相比，CEMEX在全球范围内每吨水泥净CO₂排放量减少23%，实现全年减排860万吨CO₂。西麦斯欧洲公司每吨水泥材料CO₂净排放量在1990年基础上下降了35%。

全球燃料替代率达到25%：CEMEX在废弃物协同处置方面拥有20多年经验。CEMEX的海乌姆（Chelm）工厂、鲁德尼基（Rudniki工厂）、捷克共和国的普拉霍维采（Prachovice）工厂燃料替代率已超70%，能源成本为零。西麦斯91%的水泥厂联合处理了超过300万吨废物作为替代燃料，替代了约200万吨煤炭。CEMEX将加大力度，提高替代燃料用量，扩大投资，开发新型废弃物替代化石燃料。

水泥板块，清洁能源占比达到29%：CEMEX与Energy Vault SA开展合作，开发能源存储技术以及再生能源，确保能源成本低于化石燃料成本。

Vertua碳中性混凝土：Vertua碳中性混凝土由西麦斯研发中心开发，可将CO₂排放量降低70%，剩余30%的CO₂可通过其他方式抵消、中和。该产品成功开发并已在全球市场上市，是西麦斯2050年实现混凝土碳中和目标的重要举措之一。

2021年10月24日，《中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》正式发布。该文件作为“双碳”“1+N”政策体系中的“1”，为“双碳”这项重大工作进行了系统谋划和总体部署。

紧随其后，10月26日，国务院印发《2030年前碳达峰行动方案》，作为实现2030年前碳达峰的目标而提出的具体行动方案。

“碳中和”是全世界各国共同努力的目标，也关乎全人类可持续发展。我国水泥企业在发展自身绿色产业实现达峰的路上要加强国际交流与合作，学习国际先进技术、对标国际标准、吸取先进经验、参与国际合作与竞争，加快企业绿色发展转型，实现高质量发展。

注释：

1.SBTi是联合国全球契约组织（UN Global Compact）、碳披露项目（CDP）、世界资源研究所（WRI）和世界自然基金会（WWF）的共同发起的，旨在协助企业设定必要的减排目标，把全球平均气温升幅控制在工业化水平以上低于2℃之内，并努力将气温升幅限制在工业化水平以上1.5℃之内。SBTi目前提供了设定中短期减排目标（5-15年）的方法，并立足成熟的目标设定方法论，拓展减排目标设定的范围，预计将于2021年底推出长期科学的碳中和设定方法（科学碳目标倡议，2021）。

2.范围一指企业直接控制的燃料燃烧活动和物理化学生产过程产生的直接温室气体排放。典型的范围一排放可能来自燃煤发电、自有汽车使用、化学材料加工和设备中气体排放。

范围二指消耗外购能源产生的间接温室气体排放，包括电力、热力、蒸汽和冷气。典型的范围二排放涵盖发电过程中场外电站释放的温室气体，但不包含电站相关上下游的排放。

范围三指其它间接温室气体排放，覆盖广泛的活动类型。除范围一、范围二，由企业运作造成的间接排放，包括上下游排放。