低碳环保

水泥企业如何进行碳核算实现脱碳以满足碳市场

近日,多家媒体报道,全国碳市场扩大行业覆盖专项研究启动会成功召开,预示着碳交易市场即将吸纳新的血液。

 

北京理工大学发布的《中国碳市场回顾及最佳行业纳入顺序展望(2023)》报告指出,下一阶段全国碳市场扩大覆盖范围时的优先纳入行业顺序为:水泥制造、钢铁制造、和平板玻璃制造。 等待。

我国水泥的碳排放量占总排放量的13.5%,约为12亿吨。 面对如此巨大的排放量,水泥行业如何减少碳排放? 水泥企业有哪些机会,如何进行碳核算,实现脱碳,为碳市场做好准备?

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住建部数据显示,截至2022年上半年,我国新建绿色建筑面积占新建建筑面积的90%以上,全国新建绿色建筑面积从2017年的400万平方米增加2012年至2021年达到20亿平方米。

水泥生产作为建筑业的重要组成部分,消耗大量能源、碳排放量高​​,目前面临着绿色转型的艰难挑战。

如果将全球水泥行业视为一个国家,它将是继中国和美国之后的第三大碳排放国。 水泥行业该如何减排? 有哪些企业实践案例可供参考?

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水泥行业融入碳市场逻辑

5月17日,欧盟碳边境调整机制(CBAM)敲定,同意对进口钢铁、水泥、铝、化肥、电力和氢气征收二氧化碳成本。 此次CBAM涵盖电力、钢铁、水泥等六大行业。 但我国目前的碳交易市场仅包括电力行业,这意味着未纳入碳交易市场的行业企业在向欧盟出口产品时暂时无法支付国内碳排放量。 合法降低碳关税的成本。

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据统计,2022年欧盟仅从我国进口水泥1146万欧元(2.1万吨),占2022年全国水泥产量21.18亿吨的0.001%。以欧盟为市场的企业规模并不大,涉及的企业不可避免地要为欧盟的“碳关税”买单。

国内外相关信号的释放值得水泥行业思考。 水泥行业即将“做大”。 它真的是下一个进入碳市场的行业吗?

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其中逻辑之一是,国内碳市场经过近两年稳定有序运行,交易价格稳步上涨,使得气候变化相关因素被量化纳入各主体的投资收益、风险评估和投资中。投资组合管理流程。 核心基础已经奠定。 制度体系、技术规范、基础设施建设、能力建设等各项工作任务正在积极推进,全国碳市场取得积极进展。

第二个逻辑是,水泥行业开展了碳排放交易试点,试点地区有171家水泥企业参与碳市场,非试点地区有1000多家水泥企业定期接受碳排放交易核查。主管部门。 通过对参与碳交易试点企业分析,其省份水泥行业碳排放强度普遍低于非试点省份。 在同等工艺技术和装备水平的条件下,可以初步判断碳交易对水泥行业整体减排具有实际效果。 试点工作为水泥碳交易市场奠定了良好的基础,积累了良好的经验。

第三个逻辑是,在水泥行业还缺乏化解过剩产能、减少实际供给的有效解决方案之前,目前水泥行业的共识是通过错峰生产、产能置换等方式避免恶性竞争、降本增效。维护行业健康生态。 实施供给侧结构性改革的多种途径和信念支撑。 但在需求复苏相对平缓的情况下,行业企业愿意看到的是供需关系的加速修复和行业利润率的修复。 通过全国碳市场完成碳交易这种相对纯粹的市场化行为,极有可能成为化解产能过剩的根本性政策工具。

水泥行业平稳有序进入全国碳市场,对于具有竞争优势的龙头企业来说并非坏事。 大企业有望通过并购进一步扩张,增强话语权。 价格中心有望通过总量等业务逐步提升并打造新的增长极。 对于中小企业来说,面临着更大的成本压力。

成本压力实际上是碳减排责任通过碳市场真正转移到每个企业时所要触及的痛点。 生产经营成本、管理成本、劳动力成本、交易成本等都有可能增加。 尤其是减少碳排放所投入的技术创新成本,让企业担心会成为沉没成本。

首先,碳交易将直接影响水泥企业的生产经营成本。 如果公司没有足够的配额,则需要购买。 此时,公司的生产经营成本将会增加;

其次,企业进入碳市场必须增加专门的部门、人员和岗位,完成碳排放核算报告,建立自己的碳排放数据管理系统。 同时,要引进金融专业人士制定碳交易策略,完成碳市场交易。 。 这些管理成本和人工成本也需要考虑;

最后,碳交易的成本也不容忽视。 水泥企业的交易量普遍较大。 企业必须对如何降低交易成本、采取什么样的交易方式做出科学合理的判断和选择。 进入碳市场意味着企业必须为使用碳排放权付费。 反映碳排放成本的价格信号已基本形成。 这一信号将成为影响企业制定生产计划、调整能源消费结构的重要因素之一。 。

国家重点研发计划项目《建材行业企业高层管理体系及低碳企业评价研究》对水泥企业碳资产调查结果如下:

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调查结果显示,水泥企业主要寻求提高碳资产管理技能和能力、交易能力以及对碳市场价格影响因素和市场发展模式的了解。 除了培训之外,水泥企业还需要建立可靠的交易渠道或碳资产融资。 服务是核心竞争力的体现。

目前,全国碳市场的激励约束作用初步显现,增强了企业“碳排放有成本、减少碳排放有效益”的绿色低碳意识,有效发挥了碳定价功能。

水泥行业节能减碳技术路径

就目前常见的水泥生产过程而言,二氧化碳排放主要来自燃料燃烧和熟料生产。 生产过程中,生料预分解和回转窑两个工序约占碳排放量的90%。

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1、提高工艺技术水平,降低水泥单位能耗

20世纪80年代以来,我国水泥工艺技术不断提高,水泥单位能耗持续下降。 表1依据GB16780《水泥单位产品能源消耗限值》。 使用“可比熟料”和“可比水泥”能耗值进行的相关计算具有可比性。 因此,本文中熟料和水泥的CO2排放值都是根据这个原理计算的。

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2. 使用替代燃料并减少化石燃料

替代燃料可用于减少水泥生产过程中的二氧化碳排放。 替代燃料可分为固体替代燃料、液体替代燃料和气体替代燃料。

固体替代燃料主要包括木片、塑料、农业剩余物、废旧轮胎、石油焦等;

液体替代燃料主要有矿物油、液压油等;

气态替代燃料主要包括焦炉煤气、炼厂气、热解气、垃圾填埋产生的气体等。

废油、废轮胎、污泥等常用作替代燃料。 其中,废油的热值最高,碳排放系数最低。

3、提高熟料质量,降低熟料系数

在保证水泥性能相同的情况下,熟料质量越好,混合料的添加量可以越多。 当混合材料用量增加1%时,水泥熟料用量可减少1%。

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4.减少原料碳酸盐分解产生的CO2排放

使用钙替代成分

水泥生产中的碳酸盐分解产生 57.73% 的二氧化碳。 用钙工业固体废物替代石灰石可以显着减少碳酸盐分解排放。 常见的工业固体废物有电石渣、高炉渣、钢渣、粉煤灰等。

欧洲水泥协会估计,使用钙替代原材料可以在2030年将二氧化碳排放量减少3.5%,到2050年减少8%。

可见,使用钙替代原料可以显着减少CO2排放,具有较大的推广应用空间。 但钙替代原料存在来源不足、成分不稳定、影响水泥质量等问题。

发展低碳胶凝材料

波特兰水泥具有能耗高、温室气体(CO2)排放量高的缺点。 随着世界各国经济和基础设施的不断发展,水泥的需求量逐年增加,其对地球生态环境和气候变化的负面影响逐渐显现。 发展 用低碳胶凝材料体系科学地部分替代硅酸盐水泥十分必要。

5. 选择合适的流程类型

当然,不同的水泥生产工艺也会导致不同的能耗。 目前,水泥生产主要分为干法和湿法。 具体能源消耗情况见下表:

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烧成系统设备均可采用低导热系数的优质保温材料。 该技术在国内已得到成熟应用。 但交叉换热或多级换热等技术,特别是六级以上换热技术尚未得到广泛应用。

交叉热交换是指将热交换预热器内两个料仓内的物料交替进行,料流交叉进入平行的气流中,使100%的物料与50%的气流进行热量交换,进一步提高热交换系统速率,降低废气温度。

6、采用平台化监控、节能技术等数字化管理

针对水泥生产过程的特点,开发一系列节能技术和监控管理软件也是工程师们目前关注的领域,如低温余热发电、水泥窑节能等保存监控。 目前,国外团队已开发出干粉智能工厂,集云技术、设备和建筑垃圾生产整体解决方案于一体。 我国数字化发展早已渗透到工业制造领域,全面实施水泥生产数字化、智能化技术改造也是改善能源消耗高现状的有效途径。

7.利用终端碳捕获和封存技术

CCUS是目前全球公认的解决高碳排放的有效途径之一。 它将生产过程中排放的二氧化碳净化,然后投入新的生产过程。 它可以回收和再利用,而不是简单地储存。 我国海螺集团开发了水泥窑烟气二氧化碳净化环保示范生产线项目。 但目前CCUS在中国的发展仍普遍困难。 要真正应用于实际生产,还需要更多的研究尝试。

8、水泥配料检测等其他技术

此类技术主要通过提高水泥质量控制和有效指导生产来减少水泥生产损失,从而减少碳排放。 例如,水泥自动配料系统副业元素分析仪的研究,通过在线检测技术的发展,开发出基于中子活化原理的水泥副业元素分析仪自动配料系统,实现水泥元素含量的稳定控制。

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水泥企业减排实践

为推动我国实现“3060”双碳目标,华润水泥系统总结了水泥行业先进制造和绿色环保经验,并基于关键减碳技术实施了有效实践。

针对水泥行业“两磨一烧”的生产特点,华润水泥提出“3C(碳)”节能减碳体系,由源头低碳、过程减碳、过程减碳三个方面组成。终端脱碳。 重点针对矿山、烧成系统、粉磨系统、混凝土等产业链制定了节能减碳技术路线,解决行业减碳问题,帮助企业降低水泥生产过程中的能源资源消耗,减少碳排放。 目前,“3C”节能减碳体系已逐步推广至华润水泥各生产基地,并取得一定成效。

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1. 来源低碳技术

是指通过原燃料替代和清洁能源的使用,减少传统化石能源在生产中的投入,拓宽能源利用范围,从根本上实现源头减排。

一是使用替代燃料。 例如,广西天阳、南宁、云南弥渡等华润水泥厂利用水泥窑协同处置城市生活垃圾、城市污泥、废轮胎、树皮、碎布等作为替代燃料,可减少煤炭消耗每年增加约85,000吨。 标准煤。

二是使用替代原材料。 华润水泥利用多种工业固废替代福建龙岩、贵州金沙等水泥厂的水泥生产原料。 通过减少生产过程热耗,减少煤炭消耗,每年可减少煤炭消耗约12万吨标准煤。

三是开发水泥窑协同加工专业装备。 针对我国现有水泥窑化石燃料替代率低的问题,华润水泥根据城乡生活垃圾和生物质替代燃料处置工艺,研发出一套具有自主知识产权的回转窑设备,可实现分解炉的燃料替代率。 最高≥50%,达到单条生产线二氧化碳排放13万吨/年的目标。 该项目目前处于工程验证阶段,未来将逐步推广至全公司,帮助企业实现绿色低碳转型升级。

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2、工艺减碳技术

是指利用新一代低能耗集成创新技术和装备,对现有生产线进行优化升级,降低系统煤耗和电耗,不断提高能源效率水平。 我国水泥行业颁布能耗限额标准,华润水泥主动在碳减排方面深挖潜力,寻求创新,制定“碳达峰”路线图。

一是高效节能节电技术的应用。 在高效粉磨设备和工艺技术方面,对水泥粉磨和选粉工艺进行优化升级,集成应用磁力/空气悬浮风机等先进节能设备,降低系统电耗,逐步改善工厂操作级别。

二是应用低能水泥煅烧技术。 低碳技术方面,预热预分解系统围绕高换热效率、低阻力进行设计改造; 在先进设备方面,采用新一代冷却器和纳米保温材料,通过数字化智能控制和管理技术实现水泥窑。 精确的生产控制。 2021年起,华润水泥将重点围绕上述两项工艺减碳技术,先后在广东封开和南宁、贵港、上思、广西平南等水泥厂,同步降低企业电耗、煤耗,每年可减少用电量约990万千瓦时,减少煤耗2万吨标准煤,已取得初步成效。

三是利用余热发电,同时大力推广风电、光伏发电。 华润水泥不仅将利用生产中的余热发电、回收能源,还结合华润集团多元化业务优势,计划与华润电力合作,全面采用风电、光伏发电新技术,实现熟料生产线“电力零外购”。

3、终端脱碳技术

是指通过生物碳封存、二氧化碳捕获、利用和封存(CCUS)等技术对企业排放的二氧化碳进行回收利用。 华润水泥提前在终端脱碳技术方面进行产业布局,为水泥行业“碳达峰”后续工作做好技术储备,旨在持续推动企业绿色转型升级,实现高质量发展。发展。

一是生物固碳技术。 华润水泥与航天中国生物科技集团有限公司联合开展的节能减碳研发项目,为碳循环经济提供了有效路径。 研究发现,太空培育的芦竹具有很强的吸收和固碳能力。 在一个生长季节,每英亩太空芦竹可吸收14.58吨二氧化碳。 不仅如此,太空芦竹还可以作为化石能源的替代品。 每亩太空芦竹燃料可节省7.3吨标准煤。 目前,华润水泥已在广西田阳开展太空芦竹适应性种植实验,探索太空芦竹固碳效应、生物质能源等产业开发和运营模式。

二是二氧化碳捕集技术。 华润水泥制定了计划,于2023年完成10万吨/年碳自富集技术研发平台建设。该项目是华润水泥自主研发的碳捕集技术路线。 它打破了主流的化学吸收法和膜分离法捕集二氧化碳。 对碳捕集设备进行针对性研发和升级,提出了水泥窑自富集二氧化碳浓度90%以上的创新技术,具有低成本、低能耗、低能耗的技术优势。碳排放值。

三是二氧化碳利用与封存技术。 近年来,混凝土二氧化碳固化技术被认为是最有潜力的碳封存途径之一。 二氧化碳在混凝土的碱性环境中可转化为稳定的碳酸盐物质,实现永久凝固。 华润水泥拟利用其碳利用研发平台,开发以高固碳混凝土为主,辅以碳纳米管、纳米碳酸钙等的新材料,解决碳利用途径窄、碳消耗难等问题碳捕获后。