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            行業資訊

            全國碳市場水泥企業可能名單!來源及對策!

            2022-09-15 行業資訊 加入收藏
            中國是水泥大國,每年水泥銷售量為20億噸以上。全球水泥銷量每年約為40億噸,中國就有20億噸,即一半多的水泥是在中國。全球水泥CO2排放量每年按照40億噸來算,每年大概排放24億噸CO2,占整個工業排放量的7%。中國水泥行業排放12億噸CO2,約占中國每年100億噸碳排放量的12%以上!WCA(世界水泥協會)主席宋志平近期在報告會上指出:這些年,我們圍繞著水泥行業減碳做了大量的工作,明年水泥行可能

            中國是水泥大國,每年水泥銷售量為20億噸以上。全球水泥銷量每年約為40億噸,中國就有20億噸,即一半多的水泥是在中國。全球水泥CO2排放量每年按照40億噸來算,每年大概排放24億噸CO2,占整個工業排放量的7%。中國水泥行業排放12億噸CO2,約占中國每年100億噸碳排放量的12%以上!

            WCA(世界水泥協會)主席宋志平近期在報告會上指出:這些年,我們圍繞著水泥行業減碳做了大量的工作,明年水泥行可能正式納入碳交易體系。


            那水泥行業的碳排放主要來源是什么?

            有那些水泥企業可能會納入全國碳市場名單?

            水泥企業如何進行減排?


            水泥行業的碳排放主要來源是什么?

            水泥產業的碳排放總量,涵蓋了水泥的全生命周期。

            水泥生產始于開采和處理石灰石(主要成分是碳酸鈣),然后與黏土(主要成分是硅酸鹽)混合,送入1450℃-1500℃的回轉窯煅燒。這個過程排放大量二氧化碳,剩下的塊狀物質主要成分是硅酸鈣,也即熟料。熟料冷卻,添加上石膏和輔助膠凝材料,磨成粉,就是水泥了。

            在整個水泥生產流程中,熟料生產階段二氧化碳排放最多,占總生產過程的約95%,其中一多半來自石灰石煅燒,一少半來自這個過程所用的燃料。

            因此,水泥產業減碳重點也在這兩個環節。

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             我國水泥工業碳排放配額的計算方法

            核算方法

            配額的計算方法可以分為兩種,歷史法和基準法。歷史法即按照控排單位的歷史排放水平核定碳配額,適用于生產工藝產品特征復雜的行業。某些行業工藝多樣、產品復雜,套用一個行業基準容易造成不公,多使用歷史法核定。歷史法有波動性,當企業增加產能或減少產能時,就會影響其歷史排放數據,可能造成企業獲得的碳配額與實際產能不符;導致某些粗放式生產的企業反而比前期節能減排達標的企業獲得更高配額。歷史法考慮企業先期減排量能夠避免這種情況。目前上海市的試點規定了歷史法應當考慮企業先期減排量。

            基準法即按行業基準排放強度核定碳配額,適用于生產流程及產品樣式規模標準化的行業。在目前碳試點市場中,火電行業都要求使用基準法核定碳配額,因為其產品單一、生產流程大同小異,套用一個行業基準容易評估。

            建材行業采用歷史排放法,綜合考慮企業的歷史排放基數、先期減排行動和新增項目等因素,確定企業年度碳排放配額。水泥工業的計算公式為:

            企業年度碳排放配額=歷史排放基數+先期減排配額+新增項目配額

            案例分析與情景討論

            (1)歷史排放法的案例分析

            試點地區水泥企業按照歷史法進行核算,例如,按照試點企業三年排放邊界和碳排放量變化情況,選取方法如下:期間排放邊界未發生重大變化的企業,碳排放量相對穩定的,取年排放數據的平均數,重大變化指企業新上或關停主要生產系統、動力設施。例如,2014年-2016年三年的排放邊界發生重大變化的企業中:2014年排放邊界發生重大變化的,取2015—2016年排放數據的平均數;2015年排放邊界發生重大變化的,取2016年排放數據;2016年排放邊界發生重大變化的,取邊界變化后經補充盤查的2016年內連續穩定生產月份的排放數據所推算的全年數據。

            (2)節能減排技術改造和能源管理情景分析

            例如,試點企業在2006—2011年期間實施了節能技改或合同能源管理項目,且得到國家有關部門按節能量給予資金支持的,可獲得先期減排配額。先期減排配額量依據核定節能量換算得到的碳減排量30%確定,在2013—2015年期間,按每年10%分3年發放。新增項目配額量應當考慮項目全年基礎配額和產能。新增項目配額發放后可作為當年年度配額使用。

            我國與國際MRV體系對比分析

            歐盟在2003/87/EC和2009/29/EC指令基礎上,形成了較為完善的法律體系。我國7家碳交易試點陸續出臺了碳排放總量控制與配額交易相關的地方性法律、規范或條例,目前正在從國家層面推動我國碳交易市場的全面發展。國外碳排放監測、報告、核查及認證的機制建立,主要是為碳排放權交易市場服務的,以技術和金融手段相結合來達到最終碳減排目的。國內外碳排放監測、報告、核查及認證的方法比較如表1所示。

            表1 國內外碳排放監測、報告、核查及認證體系的對比

            微信圖片_20220915101125.jpg

            從涵蓋行業種類來看,歐盟EU-ETS排放交易體系框架包括的行業非常廣泛,第一階段包含了能源、鋼鐵、水泥、陶瓷、玻璃、造紙等行業,第二階段范圍擴大到交通、有色金屬鋁、化學等行業,之后又將航空業納入。美國的加州碳排放交易體系和RGGI碳交易制度涵蓋的行業種類較少,以電力產業為主。我國試點省市的碳排放控制體系涵蓋范圍各不相同,與當地產業結構和行業參與積極性有關。例如,深圳市將制造業、建筑業以及交通業納入強制減排范圍,上海市不僅將鋼鐵、石化、化工等工業納入強制減排范圍,還將航空、機場、鐵路、賓館、金融等非工業納入。廣東省將水泥、陶瓷等建材行業和鋼鐵、石化等化學冶金行業國際(EU ETS) 國內(7省市試點)M監測系數估算法,精確計算法(考慮有機碳含量,不考慮間接排放)數估算法, 精確計算法(存在爭議,尚未統一)R報告統一編制模板,具有法律效力報告內容標準不統一V核查抽樣調查、數理統計為主核查機構未統一標準,發展方向基于過程的、多指標核查分析A認證第三方國際機構認證暫行條例發布,有待完善納入強制減排范圍。

            從監督管理機構來看,國際通用形式是通過立法明確管理部門,引入第三方進行監督。歐盟碳排放交易機制沒有明確規定相關成員國排放權監管機構, 針對監管機構的權利義務責任給出了原則性規定, 成員國在享有一定自主權基礎上根據本國國情指定監管機構。歐盟EU-ETS排放交易體系由歐盟中央管理處(Central Administrator)對歐盟成員國的配額申請進行審批,由歐盟獨立交易等登記系統(Community Independent Transaction Log)對碳交易進行監管,在歐盟委員會統一領導下由各國監管機構組成。歐盟委員會發布的排放交易指令是歐盟碳排放權交易機制的法律基礎,是各成員國共同遵循的統一標準,由相應的成員國的監管機構執行來完成的。

            美國在國家層面沒有建立碳交易監管機構,其監管機構主要在地方層面和來自第三方。如美國加州環保局監管其總量控制與交易計劃。美國各州都具備碳市場監督權,大部分監管工作基本由第三方機構承擔。例如美國東北部RGGI碳市場由非盈利性機構RGGI Inc負責監測二氧化碳配額拍賣和交易市場。我國目前我國的國家發改委和地方發改委既是MRV體系和碳排放權交易管理機構,也同時是監督機構,尚未引入第三方監督機構。

            有那些水泥企業可能會納入全國碳市場名單?

            2021年《中國上市公司碳排放排行榜(2021)》在京發布。榜單由“總量榜”和“強度榜”組成??偭堪裆习竦?00家上市公司,二氧化碳排放總量合計44.24億噸,占全國總量約44.7%,其中中國建材、海螺水泥等15家水泥企業上榜。數據顯示,2020年度,中國二氧化碳排放總量約為99億噸。

            上榜的15家水泥企業是中國建材、海螺水泥、金隅集團、冀東水泥、華潤水泥、華新水泥、山水水泥、天瑞水泥、亞洲水泥、祁連山、萬年青、天山股份、亞泰集團、西部水泥、塔牌集團,排放總量榜上榜的水泥企業有9家在前50位,有6家在后50位。15家水泥企業2020年度碳排放總量為8.93億噸,占全國總量約9%。

            中國水泥生產企業較多,目前中國水泥行業上市企業主要有冀東水泥(000401)、上峰水泥(000672)、萬年青(000789)、天山股份(000877)、四川雙馬(000935)、塔牌集團(002233)、海南瑞澤(002596)、紅墻股份(002809)、西藏天路(600326)、青松建化(600425)、寧夏建材(600449)、海螺水泥(600585)、尖峰集團(600668)、祁連山(600720)、寧波富達(600724)、華新水泥(600801)、福建水泥(600802)、亞泰集團(600881)、博聞科技(600883)、北元集團(601568)、金隅集團(601992)等。

            中國水泥行業重點企業

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            資料來源:智研咨詢整理

            從地區分布來看,21家企業主要分布在河北、甘肅、江西、新疆、四川、廣東、海南、西藏、寧夏、安徽、浙江、湖北、福建、吉林、云南、陜西、北京等地區,其中浙江、廣東、新疆、甘肅各有兩家。

            中國水泥行業重點企業分布

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            資料來源:智研咨詢整理


            從區域層面看:廣東省印發碳排放分配方案,58家水泥企業位列控排名單!(附名單)

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            河南省發布的關于2022年河南省能碳管理示范企業的公示。其中,登封市嵩基水泥有限公司、天瑞集團鄭州水泥有限公司、洛陽中聯水泥有限公司等16家水泥企業入選。

            水泥企業如何減排應對

            1、使用替代燃料,降低化石燃料

            水泥工業的碳排放主要來源于水泥熟料的生產過程。資料顯示,生產1t熟料需0.161~0.296t煤,煤燃燒會產生0.383~0.704tC02,加上生成熟料時碳酸鈣分解產生的C02,每生產1t水泥熟料會排放0.894~1.215tC02。

            水泥生產過程中可以使用替代燃料來減少CO2的排放,業內人士表示,替代燃料是更優先、更具成本效益的手段,到2050年可推動行業約10%的碳減排。而廢棄物是更好的潛在碳減排資源。一方面有機廢棄物可作為燃料,另一方面固體廢棄物可代替熟料,減少石灰石的使用,從而進一步減少生產過程中的碳排放。同時,廢棄物利用在我國有著政策利好、供應量相對持續、垃圾分類狀況不斷改善三方面支撐。

            2、碳捕獲、利用與封存技術CCUS

            碳捕集、利用與封存(Carbon Capture, Utilization and Storage,簡稱CCUS),即把生產過程中排放的二氧化碳進行提純,繼而投入到新的生產過程中進行循環再利用或封存。長期以來,CCUS一直被認為是減少化石能發電和工業過程中二氧化碳排放的關鍵技術。CCUS技術是CCS(Carbon Capture and Storage,碳捕獲與封存)技術新的發展趨勢, 與CCS相比,可以將二氧化碳資源化,能產生經濟效益,更具有現實操作性。

            2018年10月31日,由海螺建設的世界首條水泥窯煙氣二氧化碳捕集純化環保示范項目成功投運,首開碳捕捉利用實現產業化的先河。

            3、新能源技術的應用

            利用廠區空地布局光伏發電、儲能等業務,實現電力自給。海螺水泥多個生產基地開展建設光伏項目,如分宜海螺、英德海螺等等,截至2020年裝機量130MW,累計發電量2.79億度。塔牌水泥擬投資13億元建設分布式光伏發電儲能一體化項目,裝機規模220MWp(兆瓦),建成后每年可減少約14.28萬噸CO2排放。

            4、優化調整水泥產品原材料結構,減少熟料用量

            湖南省工信廳原材料處二級調研員 湖南省硅酸鹽學會副理事長丁美榮曾表示,減少熟料用量與用混合材替代部分熟料是水泥混凝土工業發展趨勢,也是提高建筑物壽命和水泥混凝土工業健康及低碳發展的必然選擇。我國水泥中熟料系數為0.678, 若降到0.55,以出廠水泥計,碳排放可減少18%。

            5、發展低碳膠凝材料

            據了解,目前低碳膠凝材料主要有低鈣水泥、低熟料水泥和堿激發材料等。低鈣水泥體系主要有高貝利特硅酸鹽水泥、硫(鐵)鋁酸鹽水泥等。

            其中,已有研究機構表明以高貝利特硫鋁酸鹽水泥為基礎的低鈣水泥,具有和硅酸鹽水泥相近的性能,同時二氧化碳排放量降低25%左右。硫(鐵)鋁酸鹽水泥它的熟料燒成過程中自身碳酸鹽分解直接排放的CO2要比硅酸鹽水泥約低40%,同等工藝條件下,燃料燃燒直接排放的CO2要比硅酸鹽水泥約低30%,水泥CO2減排約35%;堿激發材料是指不用或使用少量水泥熟料,主要由鋁質或硅質固體原料(如?;郀t礦渣、粉煤灰、火山灰、鋼渣等)和堿激發劑,按比例直接混合磨細而成的具有一定水硬性的膠凝材料。相比硅酸鹽水泥,堿激發材料的CO2排放降低了約80%。

            6、通過節能減排技術進步和應用推廣實現減排目標

            節能減排技術推進和應用推廣方面,水泥企業可以通過不斷提升改造生產線,提升能效實現減碳排放,其中包括高效粉磨技術推廣(輥壓機終粉磨技術),高效低阻旋風預熱器、高能效分解爐及第四代冷卻機技術裝備的使用等等。相關研究結果顯示,該路徑從每噸熟料熱耗、電耗方面,可幫助水泥行業降低約20%的碳排放。

            碳達峰和碳中和是一場世界級的綠色革命洪流,對水泥行業而言,是實現綠色低碳可持續發展的關鍵。在要求提前碳達峰,實現碳中和的過程中,水泥行業要堅持以碳減排和降污染為重點,發揮技術性減碳的優勢,不斷創新研發低碳技術、產品,實現水泥行業的高質量發展。

            從化石能源燃燒利用的環節來看,近年來熱能的利用效率有所提高。生產1噸熟料,在2000年要耗能3.75吉焦,到2014年需要3.5吉焦,平均每年能耗降低0.5% [3]。此后,根據國際能源署的數據,熟料生產的耗能強度停滯在每噸3.4-3.5吉焦 [7]。以這樣的耗能計算,生產10噸熟料,大抵相當于一套小戶型住宅一個供暖季所耗的熱能。

            能耗降速有點慢,不過,還是有多種辦法減碳增效。一個途徑就是廢熱回收利用。

            回轉窯所需的高溫是靠化石燃料燃燒產生的熱維持的,而這些熱有44%會浪費掉 [8]。如果能將這些廢熱再回收和利用,可以大大節約燃料,進而減少碳排放。印度的一項案例研究顯示,將廢熱用于發電,可將水泥廠燃料利用率提高5% [9]。但也要注意到,目前主流的廢熱利用方式是發電,對于減碳來說,目前來說,效果很有限。

            一個從源頭考慮的策略是,減少化石燃料使用甚至不用化石燃料。國內外在持續探索燃料替代和協同處置技術,期待實現熟料生產對化石能源的“零消耗”。

            世界水泥巨頭拉法基公司自2013年起,一直在努力用低碳和碳中性燃料替代化石燃料。碳中性燃料主要是生物質,因為生物質里面的碳終究會釋放出來,用作燃料不會新增大氣中的碳。

            2019年,拉法基公司就宣稱,他們在尼日利亞一座水泥廠的回轉窯燃料有一半是生物質燃料,且主要來自農業垃圾,該公司還在努力從城市固體廢棄物中挖掘更多燃料 

            事實上,在水泥窯爐中加入諸如輪胎、有機廢物、污水污泥和塑料等固體廢棄物的做法,從上世紀70年代就已經出現。 

            一開始,這些做法更多是為了降低企業成本,因為垃圾肯定要比煤炭便宜,一些地方政府甚至會付錢給水泥企業,作為城市垃圾處理的一種方式 

             近年來,水泥行業更是積極推動固體垃圾作為燃料的企業策略,更多稱其為解決塑料垃圾和減緩氣候變化的社會責任擔當,比如,總部位于墨西哥的西麥斯集團。

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            圖2 拉法基公司在尼日利亞的水泥廠一半窯用燃料是生物質 | 圖源:lafarge.com.ng/

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            圖3 垃圾衍生燃料Climafuel | 圖源:letsrecycle.com/

            西麥斯集團從垃圾中處理出來的燃料不僅自己用,還做成一個品牌Climafuel,在市場上出售。Climafuel燃料用紙張、紙箱、紡織物、木材、塑料等垃圾處理而成。據西麥斯集團官網,西麥斯在英國的水泥廠用Climafuel替代了20%-60%煤和焦炭在內的化石能源,用以加熱水泥窯爐。中國水泥企業華新在垃圾衍生燃料方面也有近20年技術積累。 

            此外,用氫等不含碳的燃料完全替代化石燃料,減碳最為徹底,但是成本太高,短期內完全替代的希望不大。行業也在探索用綠色電力替代化石燃料。

            不過,只在燃料上下功夫,無助于解決水泥行業碳排放的另一個更大的來源——石灰石煅燒排放的二氧化碳。


            碳捕獲 & 混凝烯

            處理石灰石煅燒排放的二氧化碳,最直接的方法是碳捕獲與封存,即把排放的二氧化碳分離出來,或可回收直接使用,或可儲存到地層深處,長期與大氣隔絕,還可以轉化成礦物二次利用。

            捕獲二氧化碳可以就地原廠利用。水泥與水、砂子、石子等混合做成混凝土時,通上二氧化碳,控制合適的反應條件,又會生成碳酸鈣,封存在混凝土中,并且不降低混凝土性能。加拿大CarbonCure公司已經將此技術完全商業化,目前已裝備到300多家水泥廠,計劃到2030年的時候每年減碳5億噸,相當于減少1億輛燃油車[14]。

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            圖4 裝有CarbonCure閥門的二氧化碳氣罐 | 圖源CarbonCure

            不過,CarbonCure的技術需要將二氧化碳從廢氣里提純并封裝,還是不太方便。澳大利亞公司Calix發明了一種新的窯,可以讓二氧化碳收集變得容易。傳統的窯,原料和燃料是混在一起的;而Calix的窯則不然,窯內是研磨好的石灰和水蒸氣,在窯外加熱,窯內氣體排出,簡單冷凝就將水蒸氣變成水,剩余的就是純二氧化碳,捕獲之后,便于再次利用 [15]。

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            圖5 Calix發明的外加熱窯,非常便于二氧化碳捕獲 | 圖源:Calix

            歐盟對Calix的技術青睞有加,將其納入2千萬歐元的大科研項目 “低排放強度石灰和水泥”(Low Emissions Intensity Lime and Cement, LEILAC)。

            2019年,德國海德堡水泥公司在比利時的一家水泥廠開始對這一技術進行中試試驗。中試結果成功分離出二氧化碳,并且沒有增加燃料投入,對產品和生產裝置沒有顯著的負面影響。據Calix發布的消息,中試裝置的升級版將于2023年在德國漢諾威進行示范生產,示范廠將能捕獲20%的碳排放,也就是每年10萬噸級的二氧化碳 [16]。

            此外,學術界和產業界也在合作將前沿科學進展用于改良傳統的混凝土。

             曼徹斯特大學和英國全國工程公司合作發明了石墨烯增強混凝土——混凝烯(Concretene)?;炷┬阅芨鼉?,還能減少30%的碳排放,已經有了第一個商業應用。2021年10月,混凝烯在曼徹斯特為一歌舞廳澆筑了面積為756平方米的整塊地板 [17]。

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            圖6 用混凝烯澆筑舞廳地板

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            圖7 萊斯大學閃蒸加熱制石墨烯

            那么,原料石墨烯從哪里來?美國萊斯大學找到了一種低廉的來源——舊輪胎。萊斯大學發明一種閃蒸工藝,可以把舊輪胎熱解后殘留的碳或舊輪胎碎片變成混層石墨烯,混層石墨烯可以直接加到水泥里。在解決城市固體垃圾的同時,將垃圾中的碳固定在混凝土中 

            減碳不僅要靠理工硬科技,信息技術也可以貢獻一份力量。

            歐洲水泥行業巨頭拉法基豪瑞公司2019年啟動了 “明日工廠” 計劃,開發了一個技術信息系統,將機器人、人工智能、預測性維護(Predictive Maintenance,實時監控流水線狀態,依據裝備的狀態發展趨勢和可能的故障模式,預先制定預測性維護計劃)等技術有機融為一體。拉法基豪瑞旗下80%的水泥廠已經接入此系統,據測算,工廠運營效率提高15%-20%,減碳10% [19]。

            水泥行業是排碳大戶,對于全球減碳意義重大。

            ● 廢熱回收利用,提高能效;

            ● 燃料替代,比如從垃圾中回收利用生物質燃料、無碳氫燃料、綠色電力等;

            ● 原料替代,比如粉煤灰替代水泥,添加石墨烯;

            ● 改進生產工藝,比如添加碳捕獲和礦化流程,提高生產線的數字化水平。

            來源:撲克投資家、中國水泥雜志等

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