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      國際水泥動態|歐美水泥行業碳中和實施路徑介紹

      更新日期: 2021年11月15日 作者: 陳飛、婁婷 來源: 數字水泥網 【字體:
      摘要:“碳中和”是全世界各國共同努力的目標,也關乎全人類可持續發展。我國水泥企業在發展自身綠色產業實現達峰的路上要加強國際交流與合作,學習國際先進技術、對標國際標準、吸取先進經驗、參與國際合作與競爭,加快企業綠色發展轉型,實現高質量發展。

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      歐美水泥行業碳中和實施路徑介紹

      國際合作部 陳飛、婁婷

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      自2018年起,各國政府紛紛承諾到2050年前后實現碳中和?!堵摵蠂鴼夂蜃兓蚣芄s》(UNFCC)立足于以往工作經驗,通過了具有里程碑意義的《巴黎協定》。截至2021年3月,《巴黎協定》簽署方達195個,力求把全球平均氣溫升幅控制在工業化水平以上2℃之內,并努力將氣溫升幅限制在工業化前水平以上1.5℃之內。

      全球變暖給人類社會造成的威脅與日俱增,歐美等發達國家水泥行業協會和行業的領軍企業已紛紛著手采取切實行動來減輕氣候影響,制定了碳中和路線圖,提出了具體的碳減排措施和階段性的碳中和目標。

      一、歐美國家水泥協會先后推出碳中和路線圖

      (一)歐洲水泥協會Cembureau

      歐洲水泥協會Cembureau2020年發布了碳中和路線圖,提出了到2050水泥和混凝土行業實現凈零排放的雄心。該路線圖著眼于如何通過在產業鏈的每個階段(熟料、水泥、混凝土、建筑和(再)碳化)采取行動減少二氧化碳排放,到2050年實現凈零排放。該路線圖對各項低碳技術二氧化減排量進行了定量分析,據此提出了具體的技術和政策建議。

      歐洲水泥協會提出了與《巴黎協定》的一致的目標,即在2030年前二氧化碳總排放量減少30%,即對比1990年,2030年噸熟料二氧化碳噸排放量從783kg下降至472kg。

      202111151055515576.Jpeg

      圖1:歐洲水泥協會2030年、2050年碳中和路線

      202111151055516353.Jpeg

      來源:歐洲水泥協會

      在該目標下,建議歐盟采取果斷的碳減排政策,包括:

      ?發展泛歐二氧化碳運輸和儲存網絡;

      ?采取循環經濟行動,支持在水泥生產中使用不可回收廢物和生物質廢物燃料;

      ?基于生命周期方法,減少歐洲建筑碳足跡,鼓勵建筑市場多使用低碳水泥;

      ?在碳排放監管和促進工業轉型方面營造公平的競爭環境。

      (二)英國混凝土與礦物制品協會MPA

      與1990年相比,英國水泥和混凝土行業碳排放量減少了50%以上。2018年,英國水泥和混凝土的二氧化碳排放量為730萬噸,約占英國溫室氣體排放量的1.5%。英國混凝土與礦物制品協會(Mineral Product Association, MPA)在2020年推出了2050年混凝土和水泥行業超凈零排放的路線圖,即實現二氧化碳排放量的負增長。MPA分支機構UK Concrete確定了通過脫碳電力和輸送網絡、提供化石燃料替代比例、增加低碳水泥和混凝土使用量以及碳捕集、利用與封存(CCUS)技術等來實現這一目標。

      “超凈零排放的路線圖”顯示,CCUS技術對于實現凈零制造至關重要,61%的二氧化碳排放需通過該技術降低。MPA試圖通過提升混凝土在使用過程中吸收二氧化碳的能力以及結構混凝土絕熱性能來減少建筑運營過程碳排放,從而實現超凈零排放。

      圖2:英國混凝土與礦物制品協會碳減排量路線圖

      202111151055511673.Jpeg

      來源:英國混凝土與礦物制品協會

      (三)美國波特蘭水泥協會PCA

      2021年10月12日,美國波特蘭水泥協會(The Portland Cement Association, PCA)發布了“碳中和”路線圖,其中列出了到2050年美國整個水泥和混凝土價值鏈的凈零計劃。路線圖涉及整個價值鏈,從水泥廠開始,延伸到建筑環境的整個生命周期,以納入循環經濟。這種碳中和方法利用價值鏈每一步的關系,向世界證明該行業可以雄心勃勃地應對氣候變化。價值鏈中的五個環節包括熟料生產、水泥制造和運輸、混凝土生產、建筑環境建設以及使用混凝土作為碳匯捕集二氧化碳。

      每個鏈接都確定了實現碳中和目標的具體目標、時間表和技術。該路線圖中的方法利用了價值鏈的每一步,從最遠的上游到最終的再利用和回收階段,涵蓋短期、中期和長期行動。水泥和混凝土制造商無法控制價值鏈中的每一個環節,但路線圖提供了激勵行動的方向和激勵措施。 ?

      202111151055515745.Jpeg

      圖3:美國波特蘭水泥協會碳減排路線圖

      來源:美國波特蘭水泥協會

      路線圖中包含的一些行動示例如下:增加獲得替代燃料的機會,特別是那些最終會被填埋的材料,供水泥廠使用;迅速推動采用加石灰石的普通水泥(PLC)、基于性能的混凝土配比、復合水泥等創新產品;投資碳捕集、利用和儲存 (CCUS) 技術和關鍵基礎設施。

      (四)加拿大水泥協會CAC

      加拿大水泥協會(Cement Association of Canada, CAC)和加拿大政府發布了一份聯合聲明,將于2021年12月推出凈零碳混凝土路線圖,將為加拿大水泥生產商提供政策、工具和技術,以幫助到2050年實現凈零混凝土。這些計劃將涵蓋的領域包括:支持低排放建筑材料供應鏈,建立創新機會框架并讓利益相關者參與進來。該路線圖有可能在2030年前累計減排溫室氣體1500萬噸,2030年后再減排逾400萬噸。

      加拿大政府與以CAC為代表的加拿大水泥行業建立了新的合作伙伴關系,以支持“凈零碳混凝土路線圖”的制定和實施。該合作伙伴關系將建立一個由CAC、國家研究委員會(NRC) 和加拿大標準委員會(SCC)領導的行業政府工作組,并與創新、科學和經濟發展(ISED)組織合作。工作組被要求:

      ? 制定戰略目標,確定短期和長期行動,以在水泥行業建設低碳經濟,包括需要落實到位的聯邦政府和行業活動推動變革;

      ? 展示水泥和混凝土行業在加拿大向繁榮、有彈性和清潔經濟轉型中的作用;

      ? 推進低碳水泥和混凝土解決方案的商業化,并提高加拿大水泥行業在清潔經濟中的競爭力;

      ? 確保加拿大為實現到2050年凈零碳混凝土的全球雄心做出貢獻,包括為該行業建立溫室氣體減排里程碑并確定支持性市場和政策框架;

      ? 收集必要的數據以跟蹤里程碑的進展;

      ? 支持加拿大的綠化指令和加美政府綠化倡議,旨在加速市場對低碳水泥和混凝土的需求;

      ? 支持CAC及其成員以及聯邦、省和地區政府正在進行的合作工作,以推進以上目標。

      (五)全球水泥和混凝土協會GCCA

      2021年10月,全球水泥和混凝土協會(Global Cement and Concrete Association, GCCA)發布了“2050年水泥和混凝土行業的凈零排放路線圖”,承諾到2030年,與混凝土相關的CO2排放量比2020年減少25%,到2050年實現混凝土凈零排放。

      圖4:GCCA凈零行動計劃

      202111151055515801.Jpeg來源:GCCA凈零排放路線圖

      GCCA及其成員將通過以下行動和倡議加速二氧化碳減排:

      1.?增加熟料替代物:將繼續用粉煤灰、磨粒狀高爐礦渣、煅燒粘土、未燃燒和磨碎的石灰巖或回收的混凝土細粒等補充材料代替熟料。路線圖承諾進一步增加熟料替代物,GCCA也將分享世界各地的最佳實踐模型,以加速其使用。

      2.?減少化石燃料和增加使用替代燃料:為了減少對傳統燃料的依賴,GCCA預計,到2030及2050年,替代燃料利用率將從現時的6%提升至22%、43%。

      3.?對技術與創新的投資:GCC通過其世界級水泥混凝土行業產學研網絡Innovandi帶頭創新,其研究課題包括具體的化學方法和窯爐技術。其中包括Innovandi的75家合作伙伴以及一項全球創新挑戰賽,該挑戰賽旨在將初創公司與GCCA成員公司對接,加速部署有前景的新技術。

      4.?水泥和混凝土制造中的新型化學材料(硅酸鹽水泥熟料的替代品)和成分:包括新的熟料替代品和新型熟料在內的創新水泥以及新的混凝土混合物設計在路線圖中發揮著重要作用,許多有前景的方法已經處于研究或開發階段。

      5.?針對碳捕集、使用和封存的基礎設施開發(CCUS):GCCA成員將繼續推進他們在北美、印度、中國和歐洲現有的CCUS試點項目的發現成果。承諾到2030年建立10座工業規模級碳捕集工廠。

      6.?提高施工過程中混凝土的設計和使用效率:GCCA將加強與建筑業、設計專業人員和決策者的合作,制定設計和采購框架,推動高效利用資源和產品,使用再加工和回收材料,再利用生產元素,并延長整個項目的使用壽命。

      7.?建立實現凈零目標的具體政策框架:為了到2050年實現凈零混凝土目標,全球混凝土和水泥行業正尋求政策制定方在以下方面的支持:

      ? 建立統一且適當的全球性碳定價體系,在碳成本方面創造公平的競爭環境,避免碳泄漏,并確保在管理下實現向凈零經濟的轉型

      ? 通過將碳捕集利用和封存等低碳生產技術納入公共融資機制,并提供對所有碳捕集技術的公平認證,為這些技術提供支持

      ? 在建筑法規和公共采購中創造對低碳產品的市場需求

      ? 制定發展綠色能源所需的基礎設施和政策,以促進循環經濟的發展

      二、歐美領軍水泥企業分析

      (一)豪瑞集團Holcim

      豪瑞集團Holcim加入了科學碳目標倡議(SBTi)的“將全球變暖控制在1.5℃商業目標”承諾,成為了全球首家簽署該承諾的建筑材料公司,其2030中期目標已經得到SBTi批準。該承諾主要基于豪瑞集團在綠色建筑方面提供的領先解決方案,例如綠色混凝土ECOPact以及領先的再生水泥Susteno。

      在2030目標中,拉法基豪瑞將進一步降低二氧化碳排放強度,降低到每噸水泥凈排放二氧化碳475千克。拉法基豪瑞2020年設定了1.6億法郎投資路線圖,將促進歐洲成為實現其凈零碳排放目標的第一個區域。

      SBTi接受了豪瑞集團的碳減排承諾,即以2018年為基準,到2030年將每噸水泥材料的溫室氣體排放量范圍1和范圍2降低21%。為了實現這一目標,豪瑞集團承諾在同一時間范圍內將范圍1每噸水泥材料的溫室氣體凈排放量減少17.5%,將范圍2每噸水泥材料的溫室氣體凈排放量減少65%。除了減少范圍1和范圍2的排放承諾之外,豪瑞集團還將在價值鏈上擴大其行動,將范圍3的排放也包括在內。通過這種整體方法,豪瑞集團將其運輸和與燃料相關的排放減少20%。

      5:豪瑞集團二氧化碳足跡

      202111151055511461.Jpeg來源:豪瑞集團

      到2030年,豪瑞集團將會:

      ?加大低碳和碳中和產品使用量,例如ECO Pact和Susteno

      ?回收1億噸的廢棄物和副產品,用于能源和原材料替代

      ?加大煅燒粘土使用量,開發新型低碳水泥

      ?加大(與2018年基準線相比)垃圾衍生燃料用量,占比達到37%

      ?每噸水泥二氧化碳凈排放量降至475Kg (CO2凈排放量/每噸水泥)

      ?運營豪瑞首家凈零二氧化碳水泥生產線(以德國的Westküste100和美國的Svante等關鍵試點項目為基礎)

      6:豪瑞集團凈零排放路線圖

      202111151055516998.Jpeg來源:豪瑞集團

      1.范圍1排放

      將范圍1每噸水泥凈二氧化碳排放量降到475kg/t。

      (到2030年,與1990年基線相比下降38%),具體措施如下:

      ?熟料占比降低至68%:通過降低熟料比例降低CO2排放量。

      ?廢棄物衍生燃料替代比例增至37%:通過生物質廢棄物燃料替代化石燃料降低CO2排放量。

      ?替代原料:使用工業廢料、石灰爐渣等代替部分石灰石。

      ?碳捕集和封存項目:豪瑞集團目前正在歐洲和北美試點20多個 CCUS項目。

      2.范圍2排放

      將范圍2每噸水泥凈二氧化碳排放量減少到13kg/t。

      (到2030年,與2018年基線相比下降65%),通過:

      ?余熱回收:通過安裝余熱回收裝置節省電力。

      ?可再生能源組合:通過與電力生產商合作,安裝風機和太陽能電池板產生可再生能源。

      3.范圍3排放

      范圍3排放的主要來源之一是下游運輸。為實現這一目標,“車載管理系統(iVMS)”覆蓋了豪瑞集團一半以上的運輸距離。

      ?交通網絡優化:部署“網絡優化建模工具”來設計最佳足跡并優化交通網絡。該工具已在歐洲、中東、非洲拉丁美洲的7個國家/地區實施。

      ?優化物流、配送路線和負載:部署“路線優化工具”,減少公路運輸的行駛距離和燃料使用。

      ?優化車輛,降低油耗:與車輛供應商合作,改進車輛的設計和重量。在可能的情況下,傾向于與可以提供環保車輛、采用優化設計、使用電動卡車或使用液化天然氣的運輸公司合作。

      ?綠色駕駛培訓司機(自己的車隊和第三方)以更安全、更高效地方式駕駛(將油耗降低3%到6%)。

      ?化石燃料運輸通過從當地市場購買燃料和使用環保的入境運輸方式來優化燃料運輸的排放。

      ? ?豪瑞集團在實現凈零排放過程中,通過在水泥生產過程中增加再生資源使用量,在產品生命周期末端加強再生循環利用。僅在2019年,豪瑞集團回收廢棄物4,800萬噸。

      豪瑞集團將在未來的十年時間里開發部署高端技術,為凈零碳排放的下一步做好準備。這包括在歐洲和北美試行20多個碳捕集、利用與封存(CCUS)項目。

      (二)海德堡水泥HeidelbergCement

      海德堡水泥HeidelbergCement承諾,到2025年,每噸水泥凈二氧化碳排放量與1990年相比降低30%;到2030年,降低33%;2050年生產碳中和的混凝土。為實現這一目標,海德堡水泥公司已為所有工廠確定了具體的二氧化碳減排措施。

      7:海德堡水泥二氧化碳凈排放量

      202111151055515201.Jpeg

      來源:海德堡2020年年度業績報告

      據海德堡水泥2020年財報,2020年碳減排現狀如下:

      1.與2019年相比,2020年二氧化碳排放量進一步減少至576kg/t,同比下降2.3%;

      2.替代燃料占比26%;

      3.熟料/水泥系數為74%。

      8:海德堡水泥2030年可持續發展計劃表

      ?

      1990

      2019

      2020

      2020 vs 1990

      2030

      二氧化碳凈排放量(kg/t)

      750

      589*

      576

      -23%

      <500

      熟料系數

      82.0%

      74.5%

      74.3%

      -770bps

      70%

      替代燃料比例

      2.9%

      24.0%

      25.7%

      +2,280 bps

      43%

      *2019年數據由590調整為589

      來源:海德堡2020年年度業績報告

      為達成2050年碳中和目標,海德堡水泥采取的措施如下:

      1.增加替代燃料的使用并提高能源效率;

      2.優化窯爐何粉磨系統,降低熟料系數;

      3.推動碳捕集、利用和貯存項目;

      4.促進循環經濟和創新產品。

      202111151055514578.Png9:海德堡水泥在世界各地推進碳捕集技術

      來源:海德堡2020年年度業績報告

      ?打造水泥行業第一條全面碳捕集和封存項目

      海德堡官方網站于2020年12月15日發布消息,將在挪威布雷維克(Brevik)水泥廠建設全球水泥行業第一條全面(full-scale)CCS(碳捕集和封存)項目,預計每年可以捕集40萬噸二氧化碳并永久封存。該項目現場工作將于2022年冬季停工期間開始,并計劃于2024年初結束。預期在2024年前實現CO2從煙氣中的分離,最終可以減少該廠CO2排放量的50%。

      202111151055510524.Jpeg

      10:海德堡水泥Brevik水泥廠碳捕集和封存過程示意圖

      來源:海德堡水泥官網

      ?計劃建造全球第一座碳中和水泥廠

      6月2日,海德堡水泥公司表示,計劃通過碳捕集技術,在2030年前將位于瑞典哥特蘭島Slite的工廠建造成全球第一座碳中和水泥廠。瑞典四分之三用于混凝土生產的水泥是由該工廠生產的。從2030年起,該工廠每年將捕獲180萬噸的二氧化碳,捕獲的CO2將被安全運輸到離岸幾公里的基巖下的永久儲存地點。

      除碳捕集和封存項目外,海德堡水泥還在于歐洲水泥研究院合作開展全氧燃燒富集二氧化碳的示范、LEILAC技術應用(間接換熱,然后收集碳酸鹽分解的二氧化碳)、低碳混凝土的開發等碳減排項目。

      (三)西麥斯集團

      2021年8月2日,西麥斯集團(CEMEX)簽署了由We Mean Business Coalition與科學碳目標倡議(SBTi)合作牽頭的1.5℃商業目標承諾倡議和聯合國全球契約。2021年10月5日,西麥斯宣布SBTi已經驗證了該公司的2030年全球碳減排目標:到2030年,每噸水泥材料凈CO2排放量相比1990年下降40%,這意味著到2030年,每噸水泥材料的直接(范圍1)溫室氣體(“Greenhouse Gas,GHG”)排放量相比2020年預計減少20%。西麥斯還承諾到2030年,間接電力(范圍2)溫室氣體排放相比2020年減少42%。

      根據未來行動計劃,西麥斯宣布到2030年,CO2排放量低于475kg/t,低碳清潔電力能源占比將從2020年的29%提高到55%。到2050年,西麥斯將在全球范圍內提供凈零CO2混凝土。

      202111151055517594.Png圖11:西麥斯氣候行動2030年目標&2050年雄心

      來源:西麥斯集團

      西麥斯2020年可持續發展成果如下:

      ??降低熟料系數:水泥熟料系數從1990年的85.5%降低到2020年的77%,CEMEX增加工業廢棄物混合材比例,降低碳排放。開發新型熟料,CO2排放量比傳統熟料低20-30%。

      ?CO2排放量:2020年,與1990年的水平相比,CEMEX在全球范圍內每噸水泥凈CO2排放量減少23%,實現全年減排860萬噸CO2。西麥斯歐洲公司每噸水泥材料CO2凈排放量在1990年基礎上下降了35%。

      ?全球燃料替代率達到25%:CEMEX在廢棄物協同處置方面擁有20多年經驗。CEMEX的海烏姆(Chelm)工廠、魯德尼基(Rudniki工廠)、捷克共和國的普拉霍維采(Prachovice)工廠燃料替代率已超70%,能源成本為零。西麥斯91%的水泥廠聯合處理了超過300萬噸廢物作為替代燃料,替代了約200萬噸煤炭。CEMEX將加大力度,提高替代燃料用量,擴大投資,開發新型廢棄物替代化石燃料。

      ?水泥板塊,清潔能源占比達到29%:CEMEX與Energy Vault SA開展合作,開發能源存儲技術以及再生能源,確保能源成本低于化石燃料成本。

      ?Vertua碳中性混凝土:Vertua碳中性混凝土由西麥斯研發中心開發,可將CO2排放量降低70%,剩余30%的CO2可通過其他方式抵消、中和。該產品成功開發并已在全球市場上市,是西麥斯2050年實現混凝土碳中和目標的重要舉措之一。

      2021年10月24日,《中共中央國務院關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》正式發布。該文件作為“雙碳”“1+N”政策體系中的“1”,為“雙碳”這項重大工作進行了系統謀劃和總體部署。

      緊隨其后,10月26日,國務院印發《2030年前碳達峰行動方案》,作為實現2030年前碳達峰的目標而提出的具體行動方案。

      “碳中和”是全世界各國共同努力的目標,也關乎全人類可持續發展。我國水泥企業在發展自身綠色產業實現達峰的路上要加強國際交流與合作,學習國際先進技術、對標國際標準、吸取先進經驗、參與國際合作與競爭,加快企業綠色發展轉型,實現高質量發展。

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      注釋:

      1.SBTi是聯合國全球契約組織(UN Global Compact)、碳披露項目(CDP)、世界資源研究所(WRI)和世界自然基金會(WWF)的共同發起的,旨在協助企業設定必要的減排目標,把全球平均氣溫升幅控制在工業化水平以上低于2℃之內,并努力將氣溫升幅限制在工業化水平以上1.5℃之內。SBTi目前提供了設定中短期減排目標(5-15年)的方法,并立足成熟的目標設定方法論,拓展減排目標設定的范圍,預計將于2021年底推出長期科學的碳中和設定方法(科學碳目標倡議,2021)。

      ?

      2.范圍一指企業直接控制的燃料燃燒活動和物理化學生產過程產生的直接溫室氣體排放。典型的范圍一排放可能來自燃煤發電、自有汽車使用、化學材料加工和設備中氣體排放。

      范圍二指消耗外購能源產生的間接溫室氣體排放,包括電力、熱力、蒸汽和冷氣。典型的范圍二排放涵蓋發電過程中場外電站釋放的溫室氣體,但不包含電站相關上下游的排放。

      范圍三指其它間接溫室氣體排放,覆蓋廣泛的活動類型。除范圍一、范圍二,由企業運作造成的間接排放,包括上下游排放。

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