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汪澜:水泥工业零碳流程再造

作者:匿名

综上所述,大气污染防治是近期水泥工业必须完成的目标,节能脱硝是发展方向。碳中和是水泥工业中长期发展目标,必须以抓铁有痕的劲头,实现这一重大历史使命。

  我国在联合国大会上明确提出,力争于2030年前二氧化碳排放达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。作为碳排放大户的水泥行业来说,加快低碳转型、确保尽早碳达峰不仅是行业自身发展的内在需要,对于实现国家碳达峰目标与碳中和愿景更具有重要作用。

  我国水泥工业未来的低碳转型之路怎么走?它将给社会经济发展带来哪些影响?

  在此背景下,中国建筑材料科学研究总院绿色建材国家重点实验室汪澜教授在“2021中国水泥产业峰会暨TOP100颁奖典礼”上以《水泥工业零碳流程再造》为主题展开了分享。

  他表示,我国发展的能源需求不断增加,要统筹协调社会经济发展、经济结构转型、能源低碳转型以及碳达峰、碳中和目标,难度很大。降低燃煤消耗、提高替代燃料的使用比例,是水泥生产实现减少直接排放的重要技术。碳中和是水泥工业中长期发展目标,必须以抓铁有痕的劲头,实现这一重大历史使命。

  气候变化是全球面临的重要挑战

  气候变化溯源——最早可以追溯到180年前的温室效应,气候变化是指气候平均值和气候极端值出现了统计意义上的显著变化,而近年来全球气候出现了以变暖为主要特征的系统性变化。

  以2019年为例,全球大气中CO2平均浓度为410ppm,比工业革命前增加近50%,大气中温室气体增加造成的有效辐射强迫达到3.14瓦/平方米,是全球气候变暖最主要的影响因子。

  在全球气候变暖背景下,近百年来我国地表气温呈显著上升趋势,上升速率达1.56°C/100年,平均年降水量也有较大年际波动,重大自然灾害有增加趋势。

  减缓的要求及途径

  1.人类应对气候变化可以依靠减缓途径,通过经济、技术等各项政策措施,控制温室气体排放,增加温室气体汇量。

  2.为保证气候变化在一定时间段内不威胁生态系统、粮食生产、经济社会的可持续发展,将大气中温室气体的浓度稳定在防止气候系统变到危险的人为干扰的水平上,以期通过减缓气候变化的政策和技术措施来控制或减少温室气体的排放。

  3.减缓途径主要包括改变能源结构,控制化石燃料使用量,以及封存等固碳技术。

  碳达峰、碳中和的概念及途径

  碳达峰、碳中和是实现减缓气候变化阶段性的重要目标。碳达峰是指主体单位的碳排放在由升转降的过程中,碳排放的最高点即碳峰值。我国目前碳排放增速放缓,但仍呈现增长态势,尚未达峰。碳中和是指人为排放源通过碳捕集与封存(CCS)技术等人为吸收汇达到平衡。

  碳中和

  作为世界上最大的发展中国家,在2060年前实现碳中和目标依然面临非常严峻的挑战。从排放总量看,我国碳排放总量巨大,约占全球的28%,实现碳中和所需的碳减排量远高于其他经济体。

  从发展阶段看,我国发展的能源需求不断增加,要统筹协调社会经济发展、经济结构转型、能源低碳转型以及碳达峰、碳中和目标,难度很大。

  我国从碳达峰到碳中和时间跨度仅有30年左右,比欧美国家时间更紧迫,需要付出更大的努力加快速度。此外,我国能源结构以煤炭为主,需在30年内快速淘汰化石能源实现零碳排放,这是一场真正的能源革命和工业革命。

  碳中和、碳达峰是能源革命、工业革命,各行各业都在向科技界要成果、要技术。这对于科技界是极大的挑战,也可能会转变成难逢的机遇,即会催生出重大科技成果的出现,进而导致全新工业体系的产生。

  水泥行业发展趋势:

  水泥工业是我国重要的基础原材料产业,在经济社会建设中具有重要的地位和作用。

  水泥生产流程及电耗:

  水泥生产燃煤消耗:

  水泥生产原料碳排放:

  水泥生产碳排放核算:

  清洁电能利用:

  水泥企业采用余热发电可提供水泥生产用电的50%,利用风力、光伏等清洁电能可实现电力消耗自给自足。

  替代燃料技术:

  由于替代燃料、生物质燃料及衍生燃料大多为碳中性,代替燃煤可产生显著的CO2减排;降低燃煤消耗、提高替代燃料的使用比例,是水泥生产实现减少直接排放的重要技术。

  国外替代率已接近100%,国内平均仅2%,预计2030年可达到10%,可减少二氧化碳排放26kg/t水泥。

  全氧燃烧技术:

  传统水泥生产工艺产生烟气中CO2浓度约为25%,全氧燃烧技术可提高烟气中CO2浓度至90%。

  氢能源在水泥窑应用:

  采用氢能烧成技术,CO2降低约30%,窑尾废气CO2浓度可提高至90%。

  低钙水泥熟料技术:

  低熟料水泥技术:

  提高混合材活性,降低水泥中熟料掺量,吨水泥碳排放可降低约26%;掺加纳米改性材料,提高混凝土性能,降低熟料用量。

  CO2在水泥混凝土制备过程中的应用:

  水泥窑烟气捕集CO2→水泥混凝土应用基础→碳酸化胶凝材料工艺研究→碳酸化养护性能调控→CO2碳化混凝土规模化生产。

  综上所述,大气污染防治是近期水泥工业必须完成的目标,节能脱硝是发展方向。碳中和是水泥工业中长期发展目标,必须以抓铁有痕的劲头,实现这一重大历史使命。

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