碳达峰碳中和背景下水泥行业碳减排措施路径研究——以内蒙古为例

杨帆，徐曼，刘丹阳

（1.内蒙古自治区生态环境低碳发展中心，内蒙古 呼和浩特 010010；2.内蒙古自治区环境监测总站，内蒙古 呼和浩特 010010；3.内蒙古自治区生态环境科学研究院，内蒙古 呼和浩特 010011）

引言

进入21世纪以来，气候变化成为全球共同面对的问题，得到了越来越多国家和政府的重视。作为负责任大国，中国政府积极承担符合自身发展阶段和国情的国际责任，实施相关政策行动，为全球生态文明建设贡献力量。2020年9月22日，习近平总书记在第七十五届联合国大会一般性辩论上郑重宣布：我国二氧化碳排放力争2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标》中明确，实施以碳强度控制为主，碳排放总量控制为辅的制度；支持有条件的地方和重点行业、重点企业率先达到碳排放峰值；深入推进工业、建筑、交通等领域低碳转型。

水泥行业是国民经济建设的重要基础性材料产业，在经济社会建设中具有不可替代的重要作用，同时也是主要的能源消耗行业和二氧化碳排放大户。碳达峰碳中和背景下，水泥工业面临的减排压力非常严峻，任务非常艰巨，对实现工业领域碳达峰碳中和目标影响重大。《国务院关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见》《生态环境部关于统筹和加强应对气候变化与生态环境保护相关工作的指导意见》等文件也对水泥行业应对气候变化和碳达峰提出相应目标和要求，提出推动建材等行业提出明确的达峰目标并制定达峰行动方案，在建材等行业开展大气污染物和温室气体协同控制试点示范。

1 水泥行业碳排放现状与预测

1.1 水泥行业碳排放现状

十多年来，我国水泥熟料产量逐年递增，水泥行业碳排放量不断增加。2020年，我国水泥产量23.77 亿t，约占全球水泥总产量55%。根据中国建筑材料工业碳排放报告（2020年度），我国水泥工业二氧化碳排放约12.3 亿t，同比上升1.8%，约占建材工业的84.3%，约占全国碳排放总量的13.5%。其中燃煤排放同比上升0.2%，工业生产过程排放同比上升2.7%，电力消耗折算间接排放约8955 万t 二氧化碳。吨水泥、吨水泥熟料二氧化碳排放量分别约为616.6kg、865.8kg。

表1 2010-2019年中国非金属矿物制造业生产量和能耗情况

从自治区来看，2020年，内蒙古水泥产量3532.4万t，较上年增长5.0%，约占全国水泥总产量的1.5%。近五年来，全区纳入全国碳市场水泥行业重点排放单位稳定在33家左右，年均二氧化碳排放量约2370万t。按照温室气体清单口径测算，全区水泥工业年均二氧化碳排放量约2500万t。通过实施“能效领跑者”专项行动，自治区水泥单位产品综合能耗达到79.4千克标准煤／t，比国家能耗限额标准先进值低8.6千克标准煤／t。

表2 2010-2019年内蒙古非金属矿物制造业（规模以上工业）生产量和能耗情况

1.2 水泥行业碳排放预测

2021年1月16日，中国建筑材料联合会向全行业发出“全力推进碳减排、提前实现碳达峰”的倡议书，向全行业郑重提出并倡议：我国建筑材料行业要在2025年前全面实现碳达峰，水泥等行业要在2023年前率先实现碳达峰。水泥行业碳排放与熟料产量密切相关。根据中国水泥协会数据显示，水泥熟料产量在“十四五”期间将达到消费和产量峰值，年熟料产量预计在14～16亿t左右，年水泥产量在22～24亿t左右。水泥行业在预计在“十四五”时期提前实现碳达峰，水泥行业年碳排放约在14.5 亿t 后下降。但到2060年仍有约9 亿t 的水泥产量，水泥工业碳中和任重道远。水泥企业实现碳中和，首先是降低碳排放总量，力争通过淘汰落后产能、推广低碳技术使用等减少目前的排放总量的80%以上；其次是通过减排技术与碳交易实现20%左右的减排量[1]。

2 水泥行业碳排放来源

水泥行业碳排放主要集中于熟料工序，包括化石燃料燃烧排放、原料碳酸盐分解排放、替代燃料或废弃物中非生物质碳燃烧排放、生料中非燃料碳煅烧排放、电力和热力消耗排放。其中，工业生产过程排放占到60%～70%左右。依据《中国水泥生产企业温室气体排放核算方法与报告指南（试行）》，水泥生产企业的CO2排放总量等于边界内所有的燃料燃烧排放量、工业生产过程排放量、企业净购入电力和热力对应的排放量之和（表3），按以下公式计算：

表3 水泥生产企业二氧化碳排放类型

ECO2=E燃烧+ E过程+ E电和热=E燃烧1+ E燃烧2+E过程1+E过程2+E电和热

3 水泥行业碳减排路径

3.1 进一步削减过剩产能

目前我国和我区水泥产能利用率远低于水泥产能的合理利用率。在碳达峰碳中和目标下，首先要加快淘汰落后产能和闲置过剩产能，优化调整结构，减少水泥行业碳排放总量[2]。2021年起，内蒙古不再审批水泥（熟料）新增产能，依法依规淘汰落后产能，推进企业间联合重组，鼓励水泥（熟料）产能向外转移。同时，强化依法行政和标准实施，对经整改达不到环保、能耗、安全、质量等强制性标准要求的熟料产能，依法有序关停与退出。

3.2 坚决执行错峰生产

按照工信部与生态环境部《关于进一步做好水泥常态化错峰生产的通知》要求，坚决执行错峰生产，以有效压减生产总量和碳排放量，助力实现碳达峰。结合内蒙古水泥企业节能减排措施和市场供求实际，坚持绩效分级、差别化管理和控制，有序调整水泥窑停窑时间。在满足市场有效供给的基础上，实施更精确、更科学、更有序的错峰生产。同时，加强管理和监督检查，政府主管部门督促各盟市执行错峰生产，不定期开展督促检查工作，确保精准错峰、有序错峰和有效错峰。

3.3 严格产能减量置换

在产能严重过剩情况下，产能置换政策有利于企业自主配套先进工艺和高水平装备，提高整体行业的节能降耗，绿色低碳水平，促进技术进步、优胜劣汰和产能布局优化。按照工信部《水泥玻璃行业产能置换实施办法》，未来产能减量置换政策将进一步从严，加大置换比例，有效遏制新增产能，优化存量产能，推动水泥行业结构转型。

3.4 积极参与碳市场建设

按照国家统一安排部署，水泥行业极有可能紧随火电行业之后纳入全国碳排放权交易市场。水泥行业要率先做好进入全国碳市场准备，应尽快开展配额分配方案及基准值测算、碳排放权交易监测、报告和核查体系相关研究，提前谋划和组织企业参与碳交易方案制定、碳交易模拟试算、运行测试等前期工作。

4 水泥企业碳减排措施

4.1 制定企业达峰行动方案

按照全国碳达峰、碳中和的总体部署，水泥企业应从自身实际出发，提前谋划与布局碳减排达峰工作，切实制定企业碳达峰行动方案，围绕碳达峰碳中和的目标节点，制定企业碳达峰路线图，推进水泥企业节能降耗和绿色低碳转型升级，明确企业碳达峰目标和路径、剖析降碳潜力、理清措施建议，推动企业走低碳循环节能清洁发展之路，为水泥行业碳达峰目标的实现做出努力。

4.2 加快低碳技术研发推广应用力度

加快推进水泥企业以碳减排、碳达峰为核心的生态文明建设，坚持以市场为导向，以减污降碳、协同增效为抓手，加快实施水泥企业绿色低碳改造升级。推动水泥低碳工艺技术研发及推广，进一步全力研发推广先进适用的节能减排技术及低碳水泥新品种。实行低碳技术试点示范及推广应用，优化生产工艺。通过改进生产工艺、使用替代原燃料、余热发电、水泥窑协同处置固体废物、实行水泥行业强制性清洁生产、提高熟料质量和产品合格率等节能环保技术改造减少碳排放。

4.2.1 燃料替代技术

在水泥熟料生产中，约34.63%的碳排放量来源于化石燃料的燃烧[3]。燃料替代技术主要包括发展余热发电、分布式光伏发电、协同处置可燃废弃物等。水泥企业应严格控制能源消费，促进能源结构调整，开发可燃废弃物替代燃料技术和生物质替代燃料技术，逐步提高使用电力、天然气等清洁能源的比重，探索采用光伏发电、风电、氢能等再生能源技术，加快推进水泥窑协同处置生活垃圾、市政污泥等固体废物能力，提高水泥窑替代燃料比例[4]，实现循环经济、低碳经济和资源综合利用，降低水泥企业化石能源的消耗和二氧化碳排放，促进水泥企业向绿色功能产业转型。

4.2.2 原料替代技术

在水泥熟料生产中，约58.52%的碳排放量来源于原料（主要是石灰石）碳酸盐分解的工业过程排放[3]。钢铁、火力发电、乙炔、氨碱等生产企业产生大量的钢渣、矿渣、粉煤灰、硅钙渣、电石渣、碱渣等固体废弃物，很多钢渣类固体废弃物有效成分与水泥熟料化学成分接近，具有作为水泥替代原料的可行性，且作为水泥替代原料不会产生二氧化碳。目前，我国水泥生产替代燃料率还很低，未来有很大的发展空间。

4.2.3 二氧化碳捕集利用技术

对水泥工业产生的二氧化碳进行捕集循环利用，不仅能够降低给全球环境带来的负面影响，而且能够实现对二氧化碳的充分高效利用。根据现有报导，水泥工业二氧化碳捕集利用主要有富氧燃烧技术、燃烧后二氧化碳分离技术和燃烧前二氧化碳分离技术[5]。国内外目前水泥窑捕集的二氧化碳部分应用于建筑工程、材料、化工、农业、食品等领域。但整体来看，二氧化碳捕集成本较高、捕集的二氧化碳利用率比较低，未来还需实现大规模应用产品开发。

4.2.4 其他节能低碳技术

水泥企业还可通过开发推广其他节能低碳技术，降低能源消耗和二氧化碳排放量。如通过水泥生产线球磨机粉磨改造，有效降低系统粉磨电耗；采用高压挤压料层粉碎原理，配以适当的打散分级装置，降低能耗；用富氧代替空气助燃，改善产品质量、降低能耗和减少二氧化碳排放等。根据国家发展改革委发布的《国家重点节能低碳技术推广目录（2017年本，节能部分）》（中华人民共和国国家发展和改革委员会公告2018年第3 号），列举部分适用于水泥行业的节能低碳技术，见表4。

表4 适用于水泥行业的部分节能技术

表4 适用于水泥行业的部分节能技术

表4 适用于水泥行业的部分节能技术

4.3 提高能源资源利用效率

全面推进清洁生产与节能降耗，积极开发并推广能源梯级利用。实施水泥窑炉热工效率提升行动，降低单位产品能源消耗和碳排放强度。加强企业全过程节能管理，严格执行能耗限额标准，树立能效领跑者标杆，推进企业能效对标达标。开展节能诊断，加强定额计量，挖掘节能降碳空间。建立水泥企业能源使用管理体系，加快推进智能制造，对现有生产线进行全面的智能化改造升级，以数字化和低碳化相结合，充分利用物联网、大数据、云计算、人工智能等先进技术手段，加强能耗控制和监管。推广水泥生产线全过程智能协同控制技术、生产智能监测预警技术、节能环保技术、安全智能技术等综合应用[6]。

4.4 建立健全碳排放管理体系

全国碳排放权交易市场已经启动，发电行业作为首批纳入行业已经开始交易，水泥行业将有望成为第二批纳入的行业。水泥企业应继续做好碳排放核算报告核查工作，认真梳理企业自身二氧化碳排放现状。积极参与碳排放交易工作，了解碳排放交易系统和流程，制定碳排放计算标准、建立碳排放数据库。加快碳资产管理系统建设，着力提升水泥企业碳交易能力建设，稳步推进水泥企业加入全国碳排放权交易市场。

5 结语

在应对气候变化的国内国际环境下，水泥行业应通过实施淘汰落后、错峰生产、减量置换等压减过剩产能方式进行市场化与产业政策调整的碳减排机制，切实巩固削减产能过剩和减少碳排放的成果。水泥企业应制定达峰行动方案，加大节能低碳技术（包括燃料替代、原料替代、二氧化碳捕集利用、新能源技术等）研发和推广力度，提高能源利用效率，加强企业节能降碳管理，有效控制水泥生产全过程温室气体排放，实现水泥行业绿色转型发展，为碳达峰碳中和目标作出积极贡献。