碳计量系列9---水泥生产行业案例
昨天和大家分享了碳计量系列的第八部分：钢铁生产行业案例
今天和大家分享第九部分：水泥生产行业案例
1、计量规则
2、碳排放计算实例
3、碳排放实例结果分析
4、碳减排技术路径
5、水泥生产行业未来展望
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从全世界来看，水泥行业贡献的碳排放量占比在 7%左右。我国的水泥产量约占全球产量 的六成，其碳排放量占中国碳排放总量的 13.5%。水泥企业碳排放在基本的燃料燃烧排放 上，最主要的碳排放是煅烧石灰石使其分解产生的二氧化碳，约占全过程碳排放量的 60%。水泥企业在水泥生产过程减排对整个工业领域的碳中和具有重要的意义。
1、计量规则
水泥生产企业指南的范围是以水泥生产为主营业务的独立法人企业或视同法人单位为边界，包括直接生产系统、辅助生产系统以及直接为生产服务的附属生产系统。
水泥生产企业的碳排放包括：
1）原材料中碳酸盐分解产生的二氧化碳排放。
2）生料中采用的配料例如钢渣、煤矸石等，含有可燃的非燃烧碳，将在高温煅烧中转化为二氧化碳。
其中，碳酸盐分解产生二氧化碳量一般由熟料产量计算得出，生料中非燃料煅烧产生的二 氧化碳量和生料总量相关。如果窑炉燃烧的燃料有其他非化石燃料，例如废弃物、木屑、 轮胎等，也需要通过对应排放因子计算相应的碳排放量，将每一个步骤产生的碳排放量加总即是企业碳排放总量。
2、碳排放计算实例
我们以水泥生产企业指南对海螺水泥作为案例进行核算分析，根据海螺水泥在社会责任披露的信息，整理出近三年的海螺水泥的燃料使用量、熟料产量以及外采电热量，我们以上述碳核算指引为方法论，对海螺水泥近三年的碳排放量进行了直接估算。
3、碳排放实例结果分析
对比以上数据可以看出计算数据和披露数据非常接近，我们对产生差异的原因进行分析，总结为以下三点：
1）水泥生产企业温室气体排放时需要考虑生料产量，其中大概有 0.2%的碳元素会转化为二氧化碳排放到空气中，我们没有直接获取到海螺水泥的生料的产量，在上面的计算进行了缺省。
如果要进行估算，通过行业调研，我们了解到水泥生料和熟料之间的转化率大约 在 1.6:1，从熟料的产量数据可以估计出，2019 年生产生料带来的温室气体排放量大约是 0.030 亿吨。
2）每个地区的电网供电因子不同，海螺水泥的主要设施在东部地区，我们这里按照华东地区电网供电因子进行计算。但是随着规模扩大，海螺在全国各地都有生产基地，而其他地区的电网供电因子都要大于华东地区，这也是造成最终结果较小的原因之一，差异大约在千吨级别。
3）海螺水泥在燃料的使用上，可能和标准原料的排放因子有所不同，尤其是在煤炭的选取上。虽然据公开披露显示其消耗燃料绝大多数都是烟煤，但是有少许其他类型的煤炭甚至危废处理项目，其消耗量和燃烧因子无法通过公开数据获得，都使估算过程中出现了误差。
总体而言，计算值和披露值的差异在 5%左右，若加上估算的生料排放，总体差异仅有 3% 左右，说明根据水泥生产企业指南方法以企业公开披露数据进行计算得出的结果与企业披露值大体相同。
4、碳减排技术路径
水泥行业碳排放主要来自三个部分：在水泥生产过程中直接燃烧化石能源的碳排放，外购电力的碳排放以及自身生熟料生产所产生的碳排放。
由于材料的限制，即使未来在发电发热上全部采用了清洁能源，水泥本身生产过程中也会产生二氧化碳的排放。在直接燃烧部分，以目前的技术水平看，煅烧过程中将煤粉和生料进行混合是必不可少的环节，无法通过其他能源来代替煤炭燃烧，碳排放在难免。
在碳中和背景下，水泥行业则将重心放在 能源高效利用和 CCUS（碳捕获、利用与封存）技术上：
（1）余热发电
为使能源高效利用，水泥行业主流技术是将煅烧产生的废弃余热进行回收并转换成电能，一般可以减少企业电能消耗 30%以上。
从单位产能余热发电量可以看出，海螺水泥是水泥行业余热发电领域的龙头，这离不开其在余热发电领域的深度投入。
据公开资料显示，海螺水泥从多年前率先在国内推行余热发电技术，是中国最早的纯低温余热发电技术应用者。到 2020 年底，海螺水泥实现了余热发电装置全部水泥窑覆盖，总余热发电装机容量达到 1263 兆瓦，总余热发电量进一步提升。2020 年发电总量达到 87.14 亿千瓦时，相当于节约 279 万吨标准煤，减少外界用电 60%，带来 743 万吨二氧化碳减排量。
余热发电技术作为行业龙头企业成熟技术，目前已向行业内其他企业进行成熟推广，对整个水泥行业的碳减排起到了很好的示范与促进作用。
（2）碳捕获技术
在水泥行业能源再利用基础上，为了实现碳中和目标，主流技术方向还是CCUS或者CCS。
二氧化碳封存与利用技术主要是在尾气排放端利用化学方法将二氧化碳收集储存起来，进 一步可以将收集起来的二氧化碳纯化制作成工业级产品或者食用级产品，产生商业价值。
仍然以海螺水泥为例，海螺水泥在余热发电发电取得技术优势后，极有前瞻性地开展了碳捕获技术在水泥行业的应用。2018 年，海螺水泥通过与大连理工大学的协作，在白马山 水泥厂成功投产了 5 万吨级二氧化碳捕捉收集纯化项目，成为世界水泥行业首例碳捕获应用项目。
该项目主要捕获过程主要分为六大步骤：从水泥窑中采集气体，气体进入脱硫水 洗塔、吸收塔、解析塔、精硫床，完成去杂质、提纯等各项工序，最后以液体状态存储于 罐内。
该项目可同时生产 3 万吨 99.9%工业级纯度和 2 万吨 99.9%食品级纯度的二氧化碳， 其产品可广泛运用到饮料，蔬菜保鲜，干冰生产等领域，该项目共获得 23 项自主知识产权。中科高技术企业发展评价中心和中国建筑材料联合会均认可该项目技术达到世界领先水平。
当前水泥行业 CCUS 技术应用有两个瓶颈限制了其发展：
一是目前碳捕获技术成本居高， 碳捕获的全面商业化仍然存在很大困难。
二是碳产品的市场空间有限，目前产品多是食用或工业级干产品，市场需求量有待提高，企业扩张产能意愿不强。
5、水泥生产行业未来展望
（1）减碳技术将呈现多样化运用模式
水泥生产行业与其他行业的巨大区别是，由于技术和工艺限制，单纯从生产技术本身无法实现行业“碳中和”。
为达到减排目标，在提升能源利用率的基础上，要不断开发“碳捕 集”等相关技术。
从技术积累本身来看，为了实现行业的“碳中和”目标，以海螺水泥为首的龙头企业不断积累减碳技术运用应用案例，待“碳捕集”技术和相关政策与市场趋近成熟过程中，龙头企业即可将减碳技术在集团内部进行快速量化复制，又可将其转化为类 似余热回收的通用技术，向行业内甚至跨行业的企业提供技术服务，在未来或成为行业瓶颈突破点之一。
（2）水泥行业“碳中和”目标规划任重道远
2020 年 9 月 1 日，全球 40 家水泥和混凝土龙头企业共同发布了《水泥和混凝土行业 2050 气候目标声明》。
由于水泥行业固有原料结构与生产工艺限制，实现“碳达峰”目标从产能达峰实现概率较大，水泥行业“碳中和”目标的实现路径在国家政策指引下有待后期不断清晰。另由于水泥运输成本高，其运输半径有限，水泥企业工厂设施分布较为零散，大 型水泥集团往往拥有许多子公司与合资子公司。
从碳计量角度看，如何对合资子公司的排放进行归母统计，目前没有非常明确的规定，这也对很多相关企业造成了巨大困扰，也是未来行业参与碳交易市场工作推进过程中需明确的口径之一。
综上所述，余热回收技术在水泥行业已经较为成熟，而 CCUS、CCS 方面的技术例如碳捕获技术的进一步普及还需政策或市场刺激。
