水泥生产过程中的碳排放评估与减排策略

1. 引言

水泥作为现代建筑和基础设施建设中不可或缺的原材料，其生产过程伴随着显著的碳排放。在全球气候变化问题日益严峻的背景下，如何有效评估和减少水泥生产过程中的碳排放已成为学术界与工业界共同关注的焦点[1]。水泥工业不仅是能源密集型行业，同时也是二氧化碳的重要排放源之一，其碳排放量占全球总排放量的比例高达 7% 左右。因此，深入研究水泥生产过程中的碳排放来源、评估方法以及减排策略，对于实现全球碳中和目标具有重要意义。本文旨在系统分析水泥生产碳排放的评估方法，探讨当前排放现状，并提出切实可行的减排策略，以期为水泥行业的可持续发展提供理论支持与实践指导。

2. 水泥生产碳排放评估方法

2.1 生产流程碳排放源分析

水泥生产过程中的碳排放主要来源于燃料燃烧、原料分解以及电力和热力消耗等环节。在水泥生产工艺中，碳酸盐分解是二氧化碳排放的主要来源之一，尤其是在熟料煅烧阶段，石灰石等原料在高温下分解生成氧化钙和二氧化碳，这一过程直接贡献了显著的碳排放量[2]。此外，燃料燃烧也是重要的碳排放源，包括化石燃料如煤、石油焦的使用，以及替代燃料中非生物质碳的燃烧排放。这些燃料在提供热能的同时释放大量二氧化碳，其排放量取决于燃料类型、燃烧效率以及生产工艺的具体条件。除上述直接排放外，间接排放也不容忽视，例如生料制备、余热发电及外购电力和热力所对应的碳排放。通过对水泥生产全流程的碳排放源进行系统分析，可以明确各环节的排放贡献，为后续减排策略的制定提供科学依据。

2.2 排放量计算方法

为了准确评估水泥生产过程中的碳排放量，通常采用基于物料平衡和能源消耗的计算方法。基于物料平衡的方法通过追踪原料输入与产品输出之间的物质转化关系，结合化学反应方程式计算碳排放量。例如，在碳酸盐分解过程中，可根据石灰石的消耗量及其化学成分估算二氧化碳的生成量，公式为 E_idB=AD×EF ，其中 表示活动数据（如石灰石使用量）， 表示排放因子（单位石灰石分解产生的二氧化碳量）[3]。而基于能源消耗的方法则侧重于统计生产过程中各类能源的使用量，并将其转化为标准煤当量后乘以相应的碳排放系数。这种方法适用于分析燃料燃烧和电力热力消耗所产生的碳排放。不同方法的适用场景有所差异：物料平衡法更适用于原料分解为主的排放源，而能源消耗法则更适合评估燃料燃烧和间接排放。综合运用多种计算方法能够提高碳排放评估的全面性和准确性。

2.3 数据收集与监测技术

获取准确可靠的碳排放相关数据是评估水泥生产碳足迹的基础，这依赖于完善的数据收集与监测技术。生产记录是数据来源的重要组成部分，包括原料采购量、燃料消耗记录、熟料产量以及电力和热力使用情况等。这些数据可通过企业内部的统计系统获得，但需经过严格审核以确保其真实性和完整性。此外，现代监测设备的应用进一步提升了数据获取的精度。

3. 水泥生产碳排放现状剖析

3.1 总体排放情况

水泥行业作为全球主要的二氧化碳排放源之一，其碳排放量在全球温室气体排放中占据显著比例。根据相关研究，2020 年我国水泥行业二氧化碳排放量占全国排放总量的 12% ，占全国工业过程排放的 60% 以上。与此同时，全球范围内，水泥行业的二氧化碳排放量约占全球总排放量的 8% 左右，其中中国水泥生产量居世界首位，贡献了较大比例的碳排放[4]。从时间维度来看，2015 年至 2020 年间，我国水泥行业的碳排放量总体呈现波动上升趋势，尽管部分年份因政策调控和技术进步导致排放量略有下降，但整体仍受水泥需求增长驱动而上升。这一趋势的主要原因包括基础设施建设需求增加、城镇化进程加快以及房地产行业的持续发展对水泥的旺盛需求。然而，在“十四五”期间，随着经济社会的绿色转型，水泥市场需求预计将在“十五五”时期出现下降，这可能为碳排放量的控制提供契机。

3.2 排放强度分析

单位水泥产量的碳排放强度是衡量水泥行业碳效率的重要指标，其高低直接反映了生产技术与能源效率的水平。研究表明，水泥熟料生产过程中的碳排放占水泥总碳排放的 90% 以上，而生料分解和燃料燃烧是主要的碳排放来源。因此，生产技术的改进和能源效率的提升对降低碳排放强度具有关键作用。例如，通过采用新型干法水泥生产技术，可以有效减少熟料生产过程中的煤耗和电耗，从而降低单位熟料的碳排放量。此外，能源效率提升技术的应用，如低/超低能耗新型干法水泥生产技术的研发与推广，预计到 2030 年可实现水泥生产烧成技术平均煤耗降低至 95kgce/t.cl，熟料综合平均电耗降低至 45kW·h/t.cl，进而使单位熟料二氧化碳排放量下降约 5% 。由此可见，技术进步与能源效率的提升不仅能够优化生产流程，还能显著降低水泥生产的碳排放强度。

3.3 地区与企业差异

不同地区和规模的水泥企业在碳排放量上存在显著差异，这种差异主要受到资源禀赋、技术水平以及政策执行力度等多种因素的影响。例如，资源丰富的地区通常能够以较低成本获取石灰石等原材料，从而在一定程度上降低生产成本，但也可能导致碳排放量的增加。此外，技术水平的差异同样对碳排放产生重要影响，大型新型干法水泥生产企业由于采用了先进的生产工艺和设备，其单位水泥产量的碳排放量显著低于小型立窑企业。具体而言，大型新型干法企业的碳排放强度约为 0.573tCO₂-eq/t 水泥，而小型立窑企业的碳排放强度则高达 0.619tCO₂ -eq/t 水泥。这种差异表明，技术升级和设备改造对于降低碳排放具有重要作用。同时，政策执行力度也在一定程度上影响了企业的碳排放表现，部分地区因监管不到位或企业环保意识薄弱，导致碳排放控制效果不佳。因此，加强政策执行力度和提升企业环保意识是缩小地区与企业间碳排放差异的关键措施。

4.结论

水泥生产作为全球碳排放的重要来源之一，其碳排放评估与减排策略的研究对于应对气候变化具有重要意义。本文通过系统分析水泥生产过程中的碳排放源、评估方法及现状，提出了多种减排策略，并对其实施挑战进行了深入探讨。研究表明，水泥生产过程中的碳排放主要来源于石灰石分解、燃料燃烧以及电力消耗等环节，而基于物料平衡和能源消耗的计算方法能够有效量化排放量。此外，数据收集与监测技术的应用为碳排放评估提供了可靠的数据支持。

参考文献

[1]章普贵.浅析水泥生产碳排放核算及减排途径[J].中国科技投资,2021,(20)：16-17.

[2]瓦晓燕.水泥厂碳排放途径排放潜势和碳减排途径分析[J].建材发展导向,2023,21(12)：188-192.

[3]易文杰;李庄;罗竹燕;刘帆;刘兴旺;赵玉婷.水泥行业环境影响评价低碳技术选择与应用[J].环境工程技术学报,2022,12(6)：1905-1914.