本文將以水泥行業(yè)為樣本繼續(xù)展開碳中和轉(zhuǎn)型研究。
中國水泥行業(yè)碳中和轉(zhuǎn)型的必要性
水泥行業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，也構(gòu)成了現(xiàn)代城市建筑的軀干。放眼全球，水泥行業(yè)貢獻(xiàn)了碳排放總量的7%。如果將全球水泥行業(yè)看作一個(gè)國家，那么它將是僅次于中國和美國的第三大碳排放國。我國生產(chǎn)全球近六成水泥，水泥行業(yè)碳排放量也逾全球水泥產(chǎn)業(yè)碳排放總量的一半。
水泥生產(chǎn)過程中的二氧化碳排放主要源于熟料生產(chǎn)過程（見圖一），其中石灰石煅燒產(chǎn)生生石灰的過程所排放的二氧化碳，約占全生產(chǎn)過程碳排放總量的55-70%；高溫煅燒過程需要燃燒燃料，因此產(chǎn)生的二氧化碳，約占全生產(chǎn)過程碳排放總量的25-40%。
目前，中國水泥行業(yè)碳排放量占全國碳排放總量的約9%，是制造業(yè)中主要的二氧化碳排放源。中國是全球水泥制造第一大國，2019年全球水泥產(chǎn)能為37億噸，中國約占其中60%。根據(jù)麥肯錫測算，要實(shí)現(xiàn)全球升溫不超過1.5℃的情境，到2050年中國水泥行業(yè)碳減排需達(dá)70％以上。
中國水泥行業(yè)碳減排路徑
綜合考量碳減排成本、技術(shù)可行性、資源可用性，我們認(rèn)為需求下降、能效提升、替代燃料、碳捕捉技術(shù)的加速推動(dòng)是中國水泥行業(yè)碳減排的重要抓手。據(jù)此，我們繪制了中國水泥行業(yè)從2020年到2030和2050年的碳減排路徑圖（見圖二）。
綜合能源轉(zhuǎn)型委員會(huì)（ETC)、國際能源署(IEA)、麥肯錫全球水泥需求預(yù)測模型以及中國水泥行業(yè)專家的意見，我們預(yù)計(jì)常規(guī)情形下的需求下降到2050年將貢獻(xiàn)中國水泥行業(yè)約27％的碳減排，其主要?jiǎng)右蚴浅鞘谢徒ㄖI(yè)的增速放緩。隨著我國城市化率趨于穩(wěn)定，GDP驅(qū)動(dòng)的水泥需求預(yù)計(jì)會(huì)進(jìn)一步下降，現(xiàn)有建筑的維修和更新將逐漸主導(dǎo)未來的水泥需求。此外，混凝土的替代建材（例如鋼、預(yù)制材料、交錯(cuò)層積木材等）也將進(jìn)一步降低水泥需求。然而，需求預(yù)測的準(zhǔn)確性受城市化和建筑業(yè)發(fā)展實(shí)際情況的影響，若需求下降不及預(yù)期，則需要依靠其他抓手推動(dòng)碳減排，特別是碳捕集與封存（CCS）。
能效提升是技術(shù)成熟的無悔之舉，到2050年可為水泥板塊貢獻(xiàn)約5%的碳減排。水泥行業(yè)的能效變革包括兩大方面：一是節(jié)電的減排貢獻(xiàn)（包括原料研磨、預(yù)分解爐、水泥車間用電等），為避免雙重計(jì)算，我們將這部分潛力放在電力行業(yè)碳減排分析中另行展開；二是節(jié)省燃料的減排貢獻(xiàn)，預(yù)計(jì)到2030年燃料消耗可節(jié)省5%，到2050年可節(jié)省14%。
替代燃料是更優(yōu)先、更具成本效益的手段，到2050年可推動(dòng)行業(yè)約10%的碳減排。如果我們逐個(gè)分析可為水泥生產(chǎn)供熱的主要燃料，會(huì)發(fā)現(xiàn)可再生廢棄物是最可行的煤炭替代燃料：
- 煤炭：目前為逾95％的水泥生產(chǎn)供熱，是現(xiàn)階段石灰石煅燒使用的主要燃料源。由于煤炭價(jià)格低廉，煤炭燃料不太可能被完全取代，但會(huì)在燃料結(jié)構(gòu)改善過程中不斷降低份額，預(yù)計(jì)在2050年煤炭在水泥生產(chǎn)所使用燃料中占比20-30%。
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- 生物質(zhì)：目前為不足1%的水泥生產(chǎn)供熱，被認(rèn)為是無排放的清潔資源，并且搭配碳捕獲技術(shù)可能產(chǎn)生凈負(fù)排放。但中國生物質(zhì)資源整體緊張，且多個(gè)行業(yè)均出現(xiàn)需求顯著增長的可能，目前行業(yè)內(nèi)仍沒有公司用生物質(zhì)為水泥車間供熱?？紤]到生物質(zhì)供給端的不確定性，預(yù)計(jì)在2050年生物質(zhì)構(gòu)成水泥生產(chǎn)所使用燃料的5-10%。
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- 廢棄物：目前廢棄物為不到5%的水泥生產(chǎn)供熱，我們認(rèn)為廢棄物是更好的潛在碳減排資源。一方面有機(jī)廢棄物可作為燃料，另一方面固體廢棄物可代替熟料，減少石灰石的使用，從而進(jìn)一步減少生產(chǎn)過程中的碳排放。同時(shí)，廢棄物利用在我國有著政策利好、供應(yīng)量相對持續(xù)、垃圾分類狀況不斷改善三方面支撐。預(yù)計(jì)在2050年廢棄物構(gòu)成水泥生產(chǎn)所使用燃料的55-75%。
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- 電力加熱：對于水泥生產(chǎn)來說，采用電加熱無論從技術(shù)要求（需要較高溫度和功率）、設(shè)備改造還是運(yùn)營經(jīng)濟(jì)性上看均不具備很高的可行性，未來可能不會(huì)成為重要的減排手段。
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- 天然氣：天然氣雖不能幫助水泥行業(yè)實(shí)現(xiàn)燃料的零碳排放，但可以顯著降低燃料的碳排放強(qiáng)度，因此可能在未來的碳減排中扮演重要的過渡技術(shù)角色；同時(shí)，天然氣作為替代燃料也面臨成本上升、設(shè)備技改等挑戰(zhàn)。本文暫未對天然氣在未來水泥行業(yè)碳減排路線圖中的作用進(jìn)行定量分析。
在需求下降、能效提升、替代燃料三大抓手均發(fā)揮作用的情況下，預(yù)計(jì)可產(chǎn)生的碳減排成效與1.5℃情景下的碳減排目標(biāo)之間仍有較大缺口，還需要新興技術(shù)的支持。鑒于水泥生產(chǎn)中熟料工藝排放的特點(diǎn)，在沒有新興技術(shù)大規(guī)模代替熟料的情況下，碳捕集與封存（CCS）將成為水泥行業(yè)實(shí)現(xiàn)碳中和的唯一選擇，預(yù)計(jì)到2050年需要貢獻(xiàn)行業(yè)約50%的碳減排。CCS需要相匹配的地質(zhì)條件，如靠近衰退期油田、鹽水層等；且由于水泥廠規(guī)模較小、地點(diǎn)分散，單個(gè)企業(yè)難以承擔(dān)大規(guī)模CCS基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，因此可考慮參與“CCS工業(yè)園區(qū)”模式，與其他需要依賴CCS技術(shù)減排的行業(yè)（如鋼鐵、煤電等）組團(tuán)開展試點(diǎn)，例如可以從行業(yè)集中度較高的河北或山東開始試驗(yàn)。
國內(nèi)某水泥生產(chǎn)頭部企業(yè)在2018年下半年推出了中國首個(gè)水泥CCS示范項(xiàng)目（如圖三），目前也是國內(nèi)唯一的水泥企業(yè)CCS項(xiàng)目。該CCS項(xiàng)目投資逾5000萬元人民幣，每年捕獲二氧化碳約5萬噸，捕集率約為1/30，是一個(gè)小規(guī)模的試點(diǎn)項(xiàng)目。未來水泥行業(yè)CCS試點(diǎn)的重點(diǎn)將聚焦于捕集技術(shù)的創(chuàng)新突破、捕集規(guī)模的大幅提升，以及CCS產(chǎn)業(yè)鏈的逐步搭建。
此外，水泥行業(yè)也一直在推動(dòng)二氧化碳養(yǎng)護(hù)混凝土等新興水泥替代技術(shù)的發(fā)展（如圖四）。碳養(yǎng)護(hù)混凝土技術(shù)是通過二氧化碳與混凝土中鈣、鎂組分之間的礦化反應(yīng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)溫室氣體的封存以及混凝土強(qiáng)度和耐久性的提升，從而降低水泥使用量。然而該技術(shù)仍處在試點(diǎn)階段，有待進(jìn)一步規(guī)?；茝V。另外，基于非碳酸鈣的替代熟料技術(shù)也是行業(yè)未來技術(shù)創(chuàng)新的關(guān)注重點(diǎn)。
目前我國水泥熟料比為0.67,低于全球平均值0.74。一個(gè)值得注意的政策趨勢是，根據(jù)2019年10月1日起開始實(shí)施的GB175-2007《硅酸鹽通用水泥》國家標(biāo)準(zhǔn)第3號修改單，復(fù)合硅酸鹽水泥32.5強(qiáng)度等級（PC32.5R）將取消，修改后將保留42.5、42.5R、52.5、52.5R四個(gè)強(qiáng)度等級。此舉旨在提高水泥行業(yè)產(chǎn)能利用率和產(chǎn)品質(zhì)量，但也會(huì)提升水泥行業(yè)的熟料使用比例，進(jìn)而增加單位二氧化碳排放強(qiáng)度。要應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，需要在滿足建筑施工技術(shù)要求的前提下，綜合考量碳排放強(qiáng)度和熟料總用量之間的平衡關(guān)系，通過技術(shù)創(chuàng)新和突破來解決。
我們深知水泥行業(yè)是高減排難度（hard-to-abate）的主要工業(yè)行業(yè)之一，這不僅是因?yàn)樗嘤泄潭ǖ墓に囘^程排放，更是由于水泥行業(yè)整體體量大但單體規(guī)模小，且因絕對價(jià)格較低而難以承受很高的減排成本，這些都為水泥行業(yè)CCS規(guī)模化和新興水泥替代技術(shù)的大幅突破增加了難度。但同時(shí)，由于當(dāng)前供給側(cè)改革成效顯著，水泥企業(yè)整體利潤水平良好，行業(yè)整合度提升，正處于健康發(fā)展期，有能力未雨綢繆、大刀闊斧地推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新，把握低碳轉(zhuǎn)型機(jī)遇期。
對水泥企業(yè)的啟示
捕捉低碳大勢帶來的商業(yè)模式變革機(jī)會(huì)，主動(dòng)適應(yīng)下游趨勢：水泥企業(yè)應(yīng)重新思考產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、合作關(guān)系和自身在整個(gè)建筑行業(yè)的價(jià)值位，評估建筑開發(fā)商等主要下游客戶在低碳環(huán)境下的需求變化，對新增長機(jī)會(huì)盡早布局。例如，水泥企業(yè)可考慮推進(jìn)替代建材領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)與企業(yè)收購，針對下游建筑商方面可能出現(xiàn)的新型建筑材料、建筑信息模型，以及預(yù)制化、模塊化建筑解決方案進(jìn)行提前布局，將生產(chǎn)與建筑信息模型結(jié)合，向下游拓展更多商業(yè)可能性。針對未來可持續(xù)燃料資源的獲?。ɡ缟镔|(zhì)能），水泥企業(yè)應(yīng)當(dāng)根據(jù)地區(qū)特征盡早布局，因?yàn)槠渌袠I(yè)也將參與這場碳中和競賽，也希望通過可持續(xù)燃料實(shí)現(xiàn)碳減排目標(biāo)。
在“十四五”高質(zhì)量發(fā)展的主題下，大力推動(dòng)“低碳+數(shù)字化”的運(yùn)營轉(zhuǎn)型，將效率提升做到極致: 深入理解“十四五”期間國家碳減排目標(biāo)對水泥產(chǎn)業(yè)鏈的影響，主動(dòng)開展端到端的碳足跡評估和減排成本曲線評估；將數(shù)字化運(yùn)營與低碳轉(zhuǎn)型相結(jié)合，利用人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)等手段在生產(chǎn)過程中減少波動(dòng)、提高能效，在持續(xù)改善經(jīng)營效率的同時(shí)降低企業(yè)的能耗和碳排放。例如，一家歐洲水泥生產(chǎn)商通過創(chuàng)建窯爐熱曲線的自學(xué)習(xí)模型優(yōu)化窯爐火焰的形狀和強(qiáng)度，節(jié)省了6％的燃料。未來的領(lǐng)先水泥企業(yè)可通過“低碳+數(shù)字化”的運(yùn)營超越競爭對手。
關(guān)注低碳大勢對水泥產(chǎn)業(yè)生態(tài)的中長期影響，探索可能的綠色增長新機(jī)遇: 對新材料、新工藝和新減排技術(shù)等領(lǐng)域保持追蹤，在有條件的前提下進(jìn)行試點(diǎn)，獲取行業(yè)發(fā)展的先行者優(yōu)勢。對于產(chǎn)業(yè)鏈上新興綠色產(chǎn)品可能出現(xiàn)的“綠色溢價(jià)”，通過開發(fā)相應(yīng)的“低碳、零碳產(chǎn)品線”，在具有環(huán)保意識的客戶那里贏得口碑。未來水泥行業(yè)的生態(tài)可能會(huì)被碳中和大勢重塑，提前布局創(chuàng)新技術(shù)才是轉(zhuǎn)危為機(jī)之道。
對政策制定者的建言
鑒于水泥行業(yè)碳減排技術(shù)選項(xiàng)少，且成熟技術(shù)（如替代燃料）和新興技術(shù)（如CCS）之間過渡難度大，因此該行業(yè)的碳減排路徑亟需強(qiáng)有力的政策支持?？傮w而言，首先是要有明確的方向和目標(biāo)；其次是要盡快推出并落實(shí)將水泥納入碳價(jià)格體系的政策；第三是加強(qiáng)對于新興技術(shù)的定向研發(fā)和財(cái)務(wù)激勵(lì)。如此一來，便可吸引更多資本的關(guān)注和支持，推動(dòng)形成綠色水泥產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，幫助水泥這一傳統(tǒng)行業(yè)煥發(fā)新活力，支持中國碳中和旅程行穩(wěn)致遠(yuǎn)。
結(jié)束語
實(shí)現(xiàn)“零碳中國 ”，需要未來十年持之以恒的關(guān)鍵舉措與實(shí)際行動(dòng)。我們認(rèn)為，碳中和轉(zhuǎn)型早已不是“可選項(xiàng)”，而是如箭在弦的“必選項(xiàng)”。我們希望通過近期推出的一系列文章為盡快落實(shí)碳中和轉(zhuǎn)型提供思路和洞見，觸發(fā)更多思維激蕩和觀點(diǎn)碰撞，與社會(huì)各界協(xié)力構(gòu)建零碳社區(qū)，推動(dòng)各方共同努力實(shí)現(xiàn)深度變革。
