中外对话网站: 全球水泥行业能否实现碳减排?

2019-07-17

水泥制造行业正在尝试通过创新减少排放,但是面临的挑战依然严峻,凯瑟琳·厄尔利报道。

虽然水泥无处不在,但是平时并不会引起我们过多的思考。这种粉状物质是混凝土的关键成分,曾被称为“地球上破坏性最强的物质”。

水泥贡献了全球碳排放量的7%。如果把整个水泥行业看作一个国家,那么它将成为仅次于中国和美国的第三大碳排放国。

英国智库查塔姆研究所去年发布的一份报告显示,要想完成《巴黎协定》目标,水泥行业必须在2030年前至少消减16%的年排放量

但是,未来30年的全球经济增长,尤其是发展中国家的经济增长,预计会推动全球水泥年需求量从400亿吨增加到500多亿吨。查塔姆研究所指出,中国目前是全球最大的水泥制造商,紧跟其后的印度和欧盟国家与中国的产量相比仍有较大差距。

水泥行业如何降低排放?

水泥行业减少碳排放的方式有很多,比如改变原料,提高泥窑效率,或者利用生物能源(比如利用废热发电)供电等等。

查塔姆研究所指出,替换化石燃料、提高泥窑效率等措施已经将全球水泥生产的单位(吨)二氧化碳排放量削减了18%。但是由于1990年以来市场需求增长了两倍,水泥行业的总体排放量仍然出现了大幅提升。

其中一多半排放来自水泥所需的熟料生产,由于这个化学反应产生的一个副产品就是二氧化碳,所以这部分二氧化碳是不会因为改变燃料结构或提高生产效率而减少。

2010-2015年水泥生产与排放


数据来源:作者根据奥利弗等人(2016) 《全球二氧化碳排放趋势:2016年报告》中的数据分析而来。

工程咨询公司莫特·麦克唐纳表示:“即便回收了所有的废热,替换了所有的化石燃料,石灰转化为熟料的过程仍然会产生二氧化碳。长期来看,我们要么需要为水泥行业建立碳捕集和封存(CCS)机制,要么寻找其他替代材料。”

粉煤灰是煤炭燃烧的一种副产物,添加这种物质可以减少水泥中熟料的比例。查塔姆研究所表示,这种所谓的“高混合”水泥能够将水泥生产过程的碳排放减少四分之三。

全球水泥和混凝土协会(GCCA )表示,碳捕集和封存(CCS)技术在中短期内是“必不可少的”,因为现代水泥厂的运转已经基本接近或达到理论效率的极限。

碳中性混凝土的生产

德国的海德堡水泥公司(HeidelbergCement)是全球第二大水泥生产商,全球第三大预拌混凝土生产商。像其他水泥公司一样,海德堡公司也正在研究和开发新的技术和工艺。2019年5月,海德堡公司宣布计划“最晚”在2050年生产出碳中性混凝土,这个目标已经通过了“科学碳目标”(SBTi)标准的评估,同时也符合《巴黎协定》提出的将全球升温控制在2摄氏度以内的目标。

“科学碳目标”(SBTi)由联合国全球契约(UN Global Compact)、多家非政府组织、以及世界资源研究所、世界自然基金会(WWF)和碳信息披露项目(CDP)共同运营,主要为投资者提供商业气候风险方面的数据。目前,全球大约有200家企业的二氧化碳减排目标得到了该机构的批准,但海德堡水泥公司是首家来自水泥行业的企业。


海德堡水泥公司在德国Lengfurt镇的工厂。图片来源:HeidelbergCement

海德堡公司将研究重点放在二氧化碳封存和使用上。目前,该公司已经开发了一种“再碳酸化”的工艺,将混凝土循环再利用到能够吸收二氧化碳的水泥细粉中,然后将这种原料用于新的水泥和混凝土生产。

此外,海德堡水泥公司还计划在挪威布雷维克建造全球第一座零排放的水泥厂。目前,Norcem水泥厂(挪威水泥制造商、海德堡水泥公司子公司)已经成功地用废纸、纺织布料、塑料和有害垃圾等废弃物替代了70%的生产燃料。总的来看,这会让这座水泥厂的整体二氧化碳排放减少三分之一左右。

为减少熟料生产过程中排放的二氧化碳,海德堡公司计划启用碳捕集和封存技术。如果首期项目能够成功捕获工厂一半的排放量,海德堡公司计划将实现100%碳捕集与封存。这座工厂的建设依靠的是公共资金,相关可行性研究结果将于今年8月出炉,并将最终决定政府投资与否。如果项目获批,全面碳捕集将从2024年开始启动。

水泥行业减排整体进展

行业组织也在研究二氧化碳减排的问题。全球水泥与混凝土协会(GCCA)鼓励成员机构按照2018年颁布的《可持续宪章》(Sustainability Charter)采取行动。这就要求协会正式成员机构在气候变化与能源、环境与自然、以及循环经济5个方面全面落实可持续性倡议。此外,他们还要制定气候变化减缓战略,发布减排目标,汇报减排进展,并与其他会员机构分享减排经验。

然而,碳信息披露项目(CDP)去年发布的一份分析警告称,如果不能将减排量增加一倍以上,水泥行业很可能无法完成《巴黎协定》的减排目标。分析认同碳捕集和封存(CCS)对水泥行业的重要性,但此类项目大多处于试验阶段,除海德堡水泥公司外,其他企业取得的进展都很有限。

查塔姆研究所的研究同时评估了水泥行业目前的创新情况,通过对过往14年的4500份专利进行分析后发现,创新的成果非常可观,尤其是在熟料替代和新型水泥生产方面。

分析还显示,中国在水泥研究和开发方面的资金投入远超其他国家,专利申请量也处于领先地位,因此将成为水泥行业的创新中心。

研究人员指出:“从去碳化的角度来看,这种趋势非常令人振奋,因为中国预计将继续占据全球水泥生产的主要份额。”

但是该研究也指出,上述专利商业转化的数量并不多,而且没有一项得到广泛应用。

开发用于脱碳水泥的新材料和新技术还要克服很多困难。查塔姆研究所指出,少数主导着这个行业的大型水泥生产商都对挑战现有商业模式的新产品持谨慎态度。这些生产商很有可能会对此类产品能否达到规模化生产产生质疑。与此同时,建筑师、工程师、承包商和客户也会更多地考虑安全性,而不是碳减排。

碳信息披露项目(CDP)投资者研究部门负责人卡罗尔·费格森认为,监管可以推动必要的变革。“过去,建筑监管和建筑物环境证书主要关注建筑物在使用期间的排放,但是近年来人们逐步开始从项目早期关注建筑内含的碳排放。”

内含碳排放是指在建筑物建设过程中产生的碳排放。英国已经试图将这种排放纳入本国政策之中。比如,英国建筑研究院环境评估方法(BREEAM)提出的建筑标准就将这种碳排放纳入了基础设施和建筑物可持续性评测标准中,并根据标准对建筑物进行评测,并依照评测结果对其进行评级。建筑项目内含碳排放降低会增加该建筑项目的评分,去年该研究院对标准进行了更新,减少碳排放所获得的“奖励”分值在增加。据碳信息排放项目(CDP)介绍,这表明英国建筑研究院环境评估方法对建筑物内含碳排放的重要性有了更广泛的认识。

政策干预能够推动行业减排。对此,海德堡水泥公司发言人表示认同。他指出:“建筑规范(针对建筑物设计、建造和材料使用的监管条例)需要进行调整。而且如果有激励或监管机制推动低碳建筑材料的使用,那显然会大有助益。” 


作者:凯瑟琳·厄尔利

翻译:Estelle



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