水泥：在硬质产业中铺就绿色之路 | 路透社

工人正在铺设水泥道路，基础设施对水泥的需求预计将大幅增长。路透社/Kevin Coombs 购买授权 许可，打开新标签页6月4日 - 水泥行业是全球最大的温室气体污染源之一，占全球排放量的7-8%，每年约26亿吨。这使得减排变得至关重要。然而，它一直被视为最难脱碳的行业之一。

制造水泥不仅需要超过1400摄氏度的温度，而且这些主要由化石燃料产生的热量的目的是从石灰石中释放二氧化碳，制成熟料，再研磨成水泥。因此，水泥排放的一半以上来自熟料生产。

广告 · 继续滚动加剧这一问题的是，水泥需求预计将大幅增长，主要是在全球南方地区。

尽管如此，这个直到最近还被视为“难以减排”行业典范的领域，正开始朝着正确的方向迈进。

投资于使建筑环境更可持续的公司的风险投资公司2150的联合创始人Christian Hernandez表示，2020年分析水泥市场时，该领域的创新并不多。“但当我们最近重新进行材料分析时，已有超过60家公司参与低碳混凝土的研发。关键的是，在过去几年中，资金已经到位，帮助扩大这些创新的规模。”

广告 · 继续阅读IDTechEx技术分析师伊芙·波普表示，如今许多公司——包括水泥生产商和使用方——都设定了净零排放目标。生产商方面，豪瑞集团、海德堡材料等大型企业均已加入。“这意味着必须解决水泥问题，因为其对全球排放的贡献巨大。”

“可能使命伙伴关系"工业脱碳项目总监瑞秋·霍华德指出，虽然多种脱碳手段正在涌现，但目前仅有少数具备经济可行性。

水泥厂烟囱群。水泥生产需要高达1400摄氏度的温度使石灰石释放二氧化碳以制造熟料。路透社购买授权许可，打开新标签页这些措施包括需求侧的能效提升，如延长建筑寿命、混凝土再利用和智能化设计，综合可减少22%的排放量。

埃尔南德斯表示，最有效的解决方案之一就是直接用木材而非水泥建造房屋。其公司投资了卢森堡的LEKO实验室，该机构运用人工智能和机器人技术设计木格结构，可替代混凝土（以及建筑环境中另一种高碳排放材料——钢材）建造任意规模的木结构建筑，每栋住宅因此能减少数百吨二氧化碳排放。阅读更多还有像海姆达尔和SeaChange这样的公司正在探索创新方案，例如利用海水中的二氧化碳制造负碳石灰石。其他如Rondo和Antora等企业则通过热能储存技术提升水泥生产中可再生能源的使用比例，而Biomason和Prometheus Materials则利用细菌开发生物水泥。

该行业另外25%的二氧化碳排放能通过减少工艺排放、用更可持续的替代品取代熟料来消除。这些替代材料被称为辅助胶凝材料（SCMs），主要来自其他工业的废料，特别是燃煤电厂的粉煤灰和钢铁行业的高炉矿渣（GGBS）。

不过，尽管目前这些被称为工业火山灰的材料库存充足，但它们并非长久之计——尤其在欧洲，因为为减少排放，煤电和高炉正逐步淘汰。

更具前景的长期替代方案包括天然火山灰，但其仅分布于法国中部等特定火山地区。全球可获取的材料还包括再生混凝土和煅烧粘土，但开发煅烧粘土设施需投资粘土煅烧窑并配套采石场，这会增加生产成本。

一名工人挥舞大锤砸碎混凝土。回收混凝土和煅烧粘土是该行业长期脱碳的选择之一。路透社/Rooney Chen霍华德表示，该行业超过一半的减排量必须来自燃料转换、电力供应脱碳和碳捕集、利用与封存（CCUS）的组合措施。水泥窑的替代燃料选择范围广泛，从稻壳或咖啡壳等农业废料到废旧轮胎等工业废料。“这取决于当地可获取的资源以及特定市场中回收的重要性，“IDTechEx的波普表示，“在欧洲，水泥窑60%的燃料是替代燃料，部分设施可接近100%使用替代燃料。”

若没有CCUS技术，该行业将无法实现脱碳，但该技术目前成本高昂且规模有限。与此同时，水泥行业很可能成为CCUS设施发展的关键推动力。

世界水泥协会总监Fabien Charbonnel指出：“扩大该技术应用仍面临诸多挑战。CCUS需要在资本支出和运营支出上投入大量资金，并且需要完整的物流链来实现封存或再利用。”

该技术将捕集生产过程中的二氧化碳，用于封存或制造新型混凝土。例如加拿大的CarbonCure公司将二氧化碳注入混凝土中使其矿化。该公司表示，该工艺不仅封存了碳，还增强了混凝土强度，可在不影响材料性能的情况下减少用量，从而降低3-5%的排放。

总部位于英国的直接空气捕获（DAC）公司Mission Zero Technologies也认为，通过提供可与其他行业废弃物结合以替代石灰石的二氧化碳，并用于“再碳酸化”废弃混凝土以制造更强、更耐用的骨料用于新混凝土，该公司可以在减少水泥碳足迹方面发挥作用。

Mission Zero已与OCO Technology合作，在诺福克郡OCO的Wretham设施部署了一套DAC系统，该系统可回收多达250吨二氧化碳。Tim Hunt/MissionZero/Handout via REUTERS 购买许可 权利，打开新标签页与此同时，人工智能和其他数字技术正被应用于当今的水泥生产，以提高效率并立即减少排放。例如，初创公司Carbon Re正在捷克的海德堡水泥厂应用其人工智能工具，与工程巨头ABB的先进过程控制技术一起，已使燃料使用减少了4%，排放减少了2%。

“这些工具配合得非常好，”ABB数字与过程工业全球负责人Sanjit Shewale表示，“除了减少排放外，它们还提高了水泥的质量和一致性，因为工厂运行更加稳定，同时也减少了浪费。”

ABB全球水泥业务部门经理博迪尔·雷克补充道，数字工具的使用可能会快速增长。“一旦你看到竞争对手应用数字（工具）并提升质量，它就会迅速流行起来，采用速度也会加快。”

“可能使命伙伴关系”组织的霍华德表示，该行业脱碳的关键在于整个价值链的合作，再加上政府干预。

海德堡材料的布雷维克工厂就是一个例子，这是世界上首个配备碳捕集与封存（CCS）的水泥厂，也是挪威政府“长船”项目的一部分，旨在展示工业源二氧化碳的捕获、运输和安全封存。

霍华德补充说：“国家支持机构在启动项目并协调整个价值链的必要基础设施方面具有真正的力量。”

“价值链的每个环节都存在学习曲线效应。我们需要这些效应现在就发生，因为考虑到水泥厂的寿命，我们距离205年仅剩一个投资周期。”

另一个关键要素是寻找低碳水泥的早期买家以推动需求。霍华德说：“你需要高度可靠的承购方——可能是政府。他们是水泥的大买家，因此这纳入采购目标。可再生能源开发商对减少碳足迹非常感兴趣，因此他们也可能成为早期买家，并支付绿色溢价。”

海德堡材料的布雷维克工厂是世界上首个配备CCS的水泥厂，也是挪威政府“长船”项目的一部分。海德堡材料/路透社供图购买许可权利，打开新标签页教皇补充说：“虽然政府策略如公共采购和脱碳监管最终将在刺激绿色水泥需求方面发挥最大作用，但私营部门的活动仍至关重要。关键例子包括气候组织的混凝土零倡议，专注于为低碳产品创造市场，以及先行者联盟，其承诺到2030年代表每年160亿美元对新兴气候技术的需求。”该联盟的首批供应商中心展示了到2050年实现全球脱碳所需的创新和新兴水泥及混凝土产品，让买家了解可用的选择。其中一家被介绍的公司，剑桥电动水泥(CEC)，开发了世界上首个通过钢铁回收中使用的相同电弧炉处理来生产低碳再生水泥的工艺。预计今年将开始商业生产。监管也将对该行业的发展至关重要，例如法国关于隐含排放阈值的规定，要求从2030年起逐步减少排放。“这为建筑行业明确了指定低排放产品的必要性。我们看到生产商和客户共同表示他们需要这个，”她指出。

但波普解释道，解决方案与现有生产流程的兼容性同样至关重要，这也是行业押注碳捕集利用与封存技术（CCUS）的原因之一。“水泥厂的使用寿命极长，且该行业极为保守。CCUS虽成本高昂，但无需改变现有水泥生产方式。最成功的脱碳水泥技术，将是那些对供应链和现有工厂影响最小的方案。”

不可否认，水泥行业仍处于可持续发展征程的起点，但与此同时，几年前看似天方夜谭的变革如今已全面展开，整个价值链都涌现出创新解决方案。因此，未来几年水泥行业的影响可能会发生翻天覆地的变化。

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