水泥行业绿色低碳路径分析

水泥的生产过程较为复杂，需完成生料制备、熟料煅烧、水泥粉磨三个工 艺环节。

在碳排放方面，熟料煅烧环节的碳排放占比为 95%以上，主要来自 化石燃料燃烧（燃烧排放，占 35%）以及碳酸盐分解产生的二氧化碳（过程 排放，占 60%），而电力消耗产生的碳排放约占全流程的 5%。以我国目前的 水泥工艺水平，吨水泥的碳排放强度约为 0.58 吨二氧化碳当量，吨熟料的碳 排放强度约为 0.86 吨二氧化碳当量。

目前，我国的水泥生产高度依赖化石燃料，替代能源的替代比例相较于发 达国家而言较低，且过程排放（以石灰石为核心原材料）是水泥行业减排的最 大难点。《水泥行业碳减排技术指南》指出到 2025 年，水泥行业能效标杆水 平以上的熟料产能比例达到 30%，能效基准水平以下熟料产能基本清零，行 业节能降碳效果显著，绿色低碳发展能力大幅增强。为此，水泥行业的绿色低 碳路径需着眼于源头低碳、过程减碳和末端去碳。

1) 源头低碳： a) 防范过剩产能新增，低效产能有序退出。加强总量控制，严控新 增产能，推动产业向高端化、高附加值迈进。严格落实水泥产能置换政策，加大对过剩产能的控制力度，确保总产能维持在合理 区间。 b) 完善水泥错峰生产。精准施策安排好错峰生产，推动全国水泥错 峰生产有序开展。 2) 过程减碳： a) 改善用能结构。改变以煤炭为主体的燃料结构，加大低碳能源在 燃料及电力中的替代率，主要是使用固体废物、生物质燃料，以 及其他新型燃料如氢能、电力等作为替代，加大低温余热高效利 用技术的研发推广力度；采用分布式光伏等可再生能源，降低外 购电力消耗；突破全氧、富氧、电熔等工业窑炉节能降耗技术； 加强计量和能源数据的在线监控，实现智能化管理。

b) 通过燃烧过程实现二氧化碳自富集的技术：主要包括富氧燃烧技 术和全氧燃烧技术，这些技术能够有效提高二氧化碳的浓度，从 而降低捕集成本并减少对环境的影响。富氧燃烧技术是通过提高 燃烧空气中的氧气含量，减少燃料的使用量，减少废气排放和能 源消耗，进而提高燃烧效率。而全氧燃烧技术则使用纯氧替代空 气进行燃烧，燃烧后的尾气通过循环富集等方式可使 CO2 浓度 达到 85%以上。可以大幅降低后端烟气的 CO2 捕集成本，提高 燃烧效率。 这类技术目前已经在部分工厂中实现应用，如山东青州中联水泥 有限公司实施的全氧燃烧耦合碳捕集工程，使烟气中二氧化碳浓 度从常规的 20%至 30%提高到 75%以上，有效降低了碳捕集提 纯系统运行成本。但值得注意的是，富氧燃烧技术需要增加空气 分离制氧系统，而全氧燃烧技术需要额外的氧气制备系统，在增 加了系统的复杂性之外，也提高了生产过程的全流程成本，或在 一定程度上限制了该技术的大规模应用。 c) 调整水泥品种结构。熟料替代，即控制水泥中的熟料用量，降低 单位水泥碳强度；原料替代，即替换原料中的部分石灰石，提高 磷石膏、氟石膏、锰渣、赤泥、钢渣等含钙资源的替代比重；废 物利用，即利用工业废渣如矿渣、粉煤灰、炉渣、石膏等作为水 泥生产的替代原料，通过配料调整和工艺优化，实现资源化利用； 设计新品种低碳水泥，研发非硅酸盐矿物为主导矿相的新型熟料 体系，如高贝利特水泥、硫（铁）铝酸盐水泥等，支持发展高品 质水泥、特种专用水泥和散装水泥等。

3) 末端去碳： a) 化学溶剂法：包括可再生能循环使用的 MEA（一乙醇胺）有机 胺溶剂，以及大连理工大学张永春教授团队开发的低浓度 CO2 捕集、高浓度 CO2 提纯技术； b) 新型吸收剂技术：以双胺为活性中心的新型吸收剂，消除因伯仲 胺与氧气反应的弊端，运行全过程中不损耗不补加。 这些技术不仅能够捕集二氧化碳，还能在有效降低生产能耗（新 型吸收剂技术综合能耗只有 2.2GJ/TCO2）与运行成本的同时提 高回收二氧化碳气体的产品质量（能够将 CO2 提纯到 99.9%食 品级和最高达到 99.9999%（电子级）的世界最高水平）。 受近年来投资增长整体放缓、房地产下行、上游原燃料成本提高、环保能 耗约束力增强等因素的影响，水泥产量下滑态势明显，未来年增速预计在-5%， 可能会对传统产品生产成本端的技术改造升级项目造成一定阻力；同时受国际 形势不断变化的影响（如主流呼吁环保的西方国家近年来在碳中和行动相关的 发言表态的调整），也或将为该类技术的推进带来一定的不确定性。

根据国家政策规定，至 2025 年，水泥行业应确保能效标杆水平的产能比 例超过 30%，且水泥窑使用替代燃料技术生产线比例达到 30%。综合考虑市 场平均成本水平及通货膨胀因素的影响，预计水泥的总成本将约为 310 元/吨。 其中，实施节能低碳措施所需的设备改造成本占整体成本的 33%，而燃料转 型成本则按市场估算为 98 元/吨。鉴于水泥低碳化生产的核心措施在于设备更 新和燃料节能，且水泥低碳技术发展相对成熟，因此推算出 2025 年该领域的 投资规模将达到 644.10 亿元，至 2030 年规模或可达到 617.34 亿元，其中能 效提升类设备改造投资规模 80 亿，燃料转型投资 530 亿。

低碳水泥的产品市场前景或相对更加乐观。据统计，2023 年按照市场价 格估算，全国低碳水泥市场规模突破至 2700 亿元，较 2018 年复合增长了 34.16%。未来，随着国家碳中和政策的推动以及碳交易体系的发展，我国低 碳水泥市场规模有望进一步扩容，三年内市场规模有望突破 4000 亿元规模， 至 2030 年达到 5300 亿元。 此处需要说明的是，据 GIR（Global Info Research）测算，2030 年全球 绿色水泥的市场规模仅数百亿美元，据此估计我国低碳水泥市场规模也将为数 百亿人民币的市场规模。我们认为此处的测算差异可能源于对低碳水泥本身的 产品定义和界定标准不同。