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    《2023中國水泥行業碳中和路徑研究報告》發布!

     

    發布時間:2023-11-20    字號:【

      中國水泥產量自1985年以來已連續38年穩居世界第一,目前產量約占世界水泥總產量的55%左右。水泥行業的能源結構以燃煤為主(占85%左右),屬于能源資源密集型行業。2020年,中國水泥行業二氧化碳排放量估算13.79億噸,占全國總排放(含工藝過程排放)的12%。因此,降低水泥行業的碳排放對實現雙碳目標至關重要。 

      近期,由能源基金會支持、中國建筑材料科學研究總院有限公司何捷教授團隊完成的《中國水泥行業碳中和路徑研究報告》,系統梳理并研究水泥行業能源消耗、碳排放現狀及趨勢、關鍵降碳技術等,同時采用多因素擬合分析模型,預測水泥熟料消費量,測算結果顯示2060年行業碳排放量在0.29億噸左右(考慮CCUS貢獻),可以實現近零排放。 

      水泥在生產過程中排放的溫室氣體主要涉及二氧化碳,其直接排放集中在窯系統,包括能源活動排放(煤炭燃燒)和工藝過程排放(碳酸鹽分解),間接排放主要是電力消耗,此外還有少量原材料及產品運輸引起的二氧化碳排放(占總排放量不足1%,本報告中未具體測算)。常規情況下,噸水泥熟料二氧化碳排放總量在0.813-0.942噸區間分布。 

      宏觀視角下,根據國家統計局及中國水泥協會的公開數據,由于中國水泥行業熟料產量在過去很長一段時間持續增長,二氧化碳排放量也持續增長,到2020年達到13.79億噸。但是,近兩年全國水泥市場需求明顯收縮,在量價齊跌、成本高漲的雙向擠壓背景下,二氧化碳排放下降趨勢也逐漸凸顯。根據項目組測算,2022年水泥行業二氧化碳排放量較2020年下降13.77%。  

      考慮到水泥行業當前微觀、宏觀碳排放現狀,本研究采用基于情景分析方法的模型,結合技術發展預測水泥行業碳減排趨勢。到2060年,水泥行業碳排放量在0.29億噸左右(考慮CCUS的貢獻),將實現近零排放;同時,水泥和熟料的碳排放強度將分別下降到50kg/t68kg/t。 

      作為高耗能行業,水泥行業需要加速推進低碳轉型,實現碳中和的主要技術路徑為需求量降低減碳、低碳水泥減碳、能效提升減碳、能源替代減碳、CCUS減碳等。本研究測算各技術路徑最終減碳貢獻度分別為59.9%,3.1%,9.3%,9.4%,18.3%。 

      熟料產量和消費量變化是驅動水泥行業碳排放總量變化的最大影響因素?;谥袊嘈袠I碳排放的特點,在綜合考慮包括城鎮化率、人均GDP、固定資產形成總額、三次產業結構、固定資產投資結構等因素后,本研究測算結果顯示,中國水泥熟料消費量在2020年已達到峰值,峰值為15.77億噸;到2030、20502060年,水泥熟料產量分別為11.93、6.384.19億噸。水泥產量由2020年的24億噸,下降到2060年的5.7億噸左右。 

      燃料替代是更優先、更具成本效益的減排手段,中短期行業主要是使用固體廢物燃料、生物質燃料等,中遠期將有其他新型燃料如氫能、綠電等作為可選擇的替代燃料。據本研究測算,到2060年可推動行業約9.2%的碳減排。 

      根據預測,燃料替代技術路徑情景下,2060年單位熟料碳排放強度降低292kg;水泥行業整體二氧化碳排放量減少1.2億噸。 

      中國水泥生產的能效水平參差不齊,部分已經位居國際前列,水泥熟料單位產品綜合能耗在90~136kgce/t2.6~4.0GJ/t)之間,與歐美水平持平甚至更優。同時,水泥行業仍存在超過10%以上部分能耗較高的企業達不到國家標準的限定值。不考慮其他低碳技術應用的節能效果,測算各項能效提升技術對水泥行業碳減排貢獻,預計2060年由于能效提升實現的熟料碳強度下降289kg/t。 

      基于水泥生產工藝特點,降低碳酸鹽分解產生的碳排放是降低行業單位產品碳排放強度的重要路徑之一,主要有原料替代、低碳水泥熟料、低碳水泥復合材料三種技術途徑。 

      根據預測,低碳水泥技術路徑情景下,到2060年噸熟料碳排放強度降低98kg/t。 

      水泥生產中約60%的碳排放來自原料中碳酸鹽分解,由于目前尚未看到能完全替代石灰石、免除過程排放、且能大規模應用的替代原料和工藝,碳捕集、封存與利用(CCUS)將是水泥碳中和的必要技術。 

      根據國家CCUS技術發展總體路線圖和本項目對未來水泥熟料生產量預測數據,表1為項目測算水泥行業CCUS技術發展路線圖,圖11-12預測了CCUS技術二氧化碳利用與封存量及噸二氧化碳捕集成本。 

      以上這些技術路徑將在不同時期發揮關鍵降碳作用。在近期(2020-2030),極致能效提升和淘汰低效高排放產能將發揮關鍵作用。同時,固廢燃料基本實現量產,替代燃料輔以全氧/富氧燃燒技術得到較多應用,降低行業對煤炭的依賴。氫能、早期CCUS項目得到開發、示范和小規模應用;在國家實現整體達峰目標后的十年(2030-2040),水泥產量隨社會發展進入較低水平,替代燃料實現全面應用,CCUS逐步成熟。燃料替代率提升,氫能和電力制備水泥技術實現試點和示范;在2040-2050年,大多數現有服役水泥窯將達到壽命終點,須進行重大再投資,基于新型窯爐結構進行流程再造,包括全氧輔助、電力窯爐、氫制水泥技術等將實現更大普及率。噸水泥與噸熟料的碳強度將下降到目前的50%左右;2050年以后,新型替代燃料技術如電力與氫能將成熟并實現商業化,煤炭在燃料中占比將趨于零,水泥行業CCUS作用進一步凸顯。水泥行業的二氧化碳凈排放以及水泥產品的碳強度將接近凈零水平。 

      為加速水泥行業碳中和轉型,需要推進政策、技術、市場化機制等方面的創新?;谏鲜龇治?,我們提出如下政策建議: 

      1、壓減低效產能。減量化是水泥行業減碳最重要也是最有效的技術路徑。未來,水泥行業仍需將壓減水泥低效、高排放產能作為推進行業碳中和的重要舉措。建議盡快研究修訂《產業結構調整指導目錄》,提高水泥熟料低效產能和過剩產能淘汰標準,明確碳排放強度指標限值,綜合考慮生產線建成年限、規模、裝備水平實施淘汰政策,實現有序退出。鼓勵大型骨干水泥企業聯合設立產業結構調整專項資金,通過以獎代補的方式促進水泥熟料過剩產能的退出。支持各類社會資本參與水泥企業并購重組,提升水泥產業集中度,提高企業管控水平,有效保障減碳措施的實施。 

      2、促進大規模燃料替代。發展固廢燃料是水泥減排路徑中的重要一環,近中期將對水泥行業有深刻影響。從政策層面看,鑒于大城市焚燒設施配備率高,可以考慮完善中小城市固體廢物收集分類體系,鼓勵中小城市固廢燃料產業的建立與標準化,使固廢作為水泥行業替代燃料市場進一步擴大。從企業側看,水泥企業為應對碳中和壓力,應提高對固廢替代燃料高質、高量要求,輕處置而重燃料替代概念,推動相關標準和產業的建立。同時,鼓勵大型水泥集團、環保公司和基礎建設投資基金等機構進入可燃廢棄物深加工行業,生產標準化的替代燃料制品。 

      3、推動極致能效。深入理解“十四五”期間國家碳減排目標對水泥產業鏈的影響,主動開展生產端到消費端的碳足跡評估和減排成本曲線評估;注重高質量發展,將數字化運營與低碳轉型相結合,利用人工智能和機器學習等手段在生產過程中減少波動、提高能效,在現有節能技術充分應用的基礎上持續提升能效水平、降低企業的能耗和碳排放強度。 

      4、推進CCUS等突破性技術。注重新一代碳捕集技術研發,降低碳捕集能耗;探索CCUS與新能源耦合的負排放技術、氫能技術結合的新技術系統等前沿新技術。建立健全CCUS相關法規和標準,開展CCUS跨行業產業化集群建設。 

      5、實施碳排放強度控制及碳排放權交易。碳中和水泥生產技術應用必然導致水泥生產成本上升,而碳定價與碳交易機制將是推動水泥行業低碳轉型最有力的政策保障。當前,水泥企業應做好應對納入碳市場的準備,做好企業碳資產管理,設定碳減排目標與路線圖,積極參與碳排放的監測、報告和核查,力爭在轉型賽道贏得先機。 

      6、建立強有力的激勵政策。鑒于水泥行業碳減排技術選項少,且成熟技術(如替代燃料)和新興技術(如CCS)之間過渡難度大,因此亟需加強對于新興技術的定向研發和財務激勵,對先行先試的企業給予財政補貼。建立有效的政策機制吸引更多資本的關注和支持,加速行業深度脫碳。 

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