2022,低碳胶凝材料元年
2023-08-09 14:28
引言
二十大前后,各部委密集出台了碳达峰的各项实施方案:
《“十四五”工业绿色发展规划》、《工业领域碳达峰实施方案》、《建材行业碳达峰实施方案》、《科技支撑碳达峰碳中和实施方案(2022-2030年)》等文件,均明确要求强化工业固废综合利用,提出针对钢铁、水泥、化工等重点行业绿色低碳发展需求。
2021年10月
国务院-《2030年前碳达峰行动方案》
“加强新型胶凝材料、低碳混凝土、木竹建材等低碳建材产品研发应用。”
2021年12月
工信部-《“十四五”工业绿色发展规划》
推进全固废免烧胶凝材料、全固废生产绿色混凝土等技术推广应用。
2022年7月
工信部、发改委、生态环境部-《工业领域碳达峰实施方案》
加快全固废胶凝材料、全固废绿色混凝土等技术研发推广。
2022年9月
工信部等四部门-《原材料工业“三品”实施方案》
支持全固废免烧新型胶凝材料产品研发和产业化。
2022年11月
工信部、发改委、生态环境部、住建部-《建材行业碳达峰实施方案》
加快发展新型低碳胶凝材料、鼓励固碳矿物材料和全固废免烧新型胶凝材料。
2023年1月
山西省人民政府-《山西省碳达峰实施方案》
加强新型胶凝材料、低碳混凝土等低碳建材产品研发应用。
习近平总书记也在党的二十大报告特别提出“积极稳妥推进碳达峰碳中和”,并对此做出了具体部署。
传统建材行业尤其是水泥-混凝土产业链产生了全国14%的碳排放,那么,根据习近平总书记的战略部署以及各大部委的具体要求,原本的碳排放大户该如何有效的降低碳排放,在“双碳”的大背景下实现产业转型升级?
于是,在上述大背景下,利用大宗固废生产的新型低碳胶凝材料正式走入了大众的视野。
Part.1 利用大宗固废生产低碳胶凝材料
首先我们来明确两个概念,大宗固废和胶凝材料。大宗固废是指我国各工业领域在生产活动中年产生量在千万吨以上、对环境和安全影响较大的固体废弃物,主要包括:尾矿、煤矸石、粉煤灰、冶炼渣、工业副产石膏、赤泥和电石渣。
而低碳胶凝材料就是以上述工业固危废为原料,在物理和化学作用下,从浆体变成坚固的石状体,并能胶结其他材料,具有一定的强度的物质,也称为胶结料,像水泥、石灰、石膏、沥青、树脂等,就是典型的传统胶结料。
利用大宗固废生产的新型低碳胶凝材料则是以上述大宗固废利用为核心,协同冶金、煤电、矿业等领域的固废循环利用,经过超细的多物料混磨工艺后,利用各物料成分间多组分活性协同激发,制备出可作为水泥的低碳胶凝新材料。
全固废新型低碳胶凝材料没有普通水泥熟料生产过程中的二氧化碳分解及高温煅烧环节,没有石灰石矿开采过程,生产流程更短,碳排放只有普通水泥的20% - 30%,能耗仅为传统水泥的35%左右。
目前该材料仍有可待提升的部分,如早期水化速度相对于水泥较慢,早期强度相对于水泥而言略有约5%的不足,但正由于较低的水化热,有效降低了早期水化过快造成混凝土开裂的机率。
此外建筑行业造血能力差,只循环不经济现象广泛存在,市场竞争环境使得企业仍需更多相关政策倾斜和资金扶持。但固废综合利用产业因其低成本,碳减排效果显著,同时也为企业未来进入碳市场,积累碳资产奠定了基础,必将成为建材行业未来的不二选择。
Part.2 业内龙头企业纷纷布局
2022年《中国上市公司碳排放排行榜(2021)》在京发布。榜单由“总量榜”和“强度榜”组成。总量榜上榜的100家上市公司,二氧化碳排放总量合计44.24亿吨,占全国总量约44.7%,其中中国建材、海螺水泥等15家水泥企业上榜。数据显示,本年度,中国二氧化碳排放总量约为99亿吨。
上榜的15家水泥企业分别是中国建材、海螺水泥(600585)、金隅集团(601992)、冀东水泥(000401)、华润水泥、华新水泥(600801)、山水水泥、天瑞水泥、亚洲水泥、祁连山(600720)、万年青(000789)、天山股份(000877)、亚泰集团(600881)、西部水泥、塔牌集团,其中9家排名前50位,6家排名后50位。
目前中国水泥行业上市企业主要还有上峰水泥(000672)、四川双马(000935)、塔牌集团(002233)、海南瑞泽(002596)、红墙股份(002809)、西藏天路(600326)、青松建化(600425)、宁夏建材(600449)、尖峰集团(600668)、宁波富达(600724)、福建水泥(600802)、博闻科技(600883)、北元集团(601568)、等。
在“双碳”的大环境驱使下,已经有多家企业采取了以下的应对方式,1、使用替代燃料;2、开发碳捕获、利用与封存技术CCUS;3、推广新能源技术的应用;4、优化水泥原料结构,减少熟料用量;5、发展低碳胶凝材料;6、通过节能减排技术进步和应用推广实现减排目标等方式进行节能减排。
下表为目前对“双碳”进行响应的国内企业及其相关信息:
公司名称 | 低碳相关主营业务 | 重要新闻 |
华新水泥股份有限公司 | 全球最大规模熟料冷却机、单台水泥联合粉磨系统等主机设备 | 21年12月建成世界首条水泥窑尾气吸碳制砖生产线; |
“低碳减氮超大规模水泥生产技术及装备的开发与应用”项目获得21年度建筑材料科学技术奖技术进步类一等奖; | ||
“低热硅酸盐水泥生产工艺技术和应用”项目获技术进步类二等奖 | ||
华润水泥控股有限公司 | 水泥生产“3C”减碳体系 | 21年起在福建龙岩、贵州金沙等水泥工厂采用多种工业固废替代水泥生产原料 |
安徽海螺水泥股份有限公司 | 黄磷渣、电石渣、硫酸渣等工业废料制低碳水泥熟料 | 20年白马山水泥厂建设了全球水泥行业首个水泥窑碳捕集纯化示范项目,实现了对水泥窑尾气中二氧化碳的捕集与资源化利用;22年4月成立碳捕集技术公司 |
北京金隅集团股份有限公司 | 大宗工业固废制备绿色建材系列、CCUS与飞灰处置技术相结合 | 21年布局10万吨/年水泥窑尾复杂烟气CCUS项目 |
水泥窑协同处置生活垃圾焚烧飞灰示范线 | ||
中国联合水泥集团有限公司 | 水泥窑尾烟气为原料,经烟气预处理、CO2回收处理,产品质量满足工业级及食品级CO2标准 | 22年11月,国内首个水泥减碳及钢渣资源化协同利用项目竣工投产 |
22年2月,年产20万吨二氧化碳捕集提纯绿色减排示范项目在山东青州开工。 | ||
上海百奥恒新材料有限公司 | 工业固废为原料生产地聚合物胶凝材料及衍生产品 | 在河南焦作与中州铝业集团合作建立的全球首条赤泥基低碳胶凝材料的生产线于2022年4月份建成 |
山东恒建工程建设集团有限公司 | 工业固废为原材料的低碳超缓凝胶结材料 | 发布了《石膏矿渣基胶结料》团体标准 |
建华建材(中国)有限公司 | 工业固废代替水泥,混凝土固废替代胶凝材料率达50%左右 | 获得中国混凝土与水泥制品协会授牌“行业预制混凝土绿色低碳研究中心” |
建立“交通运输部新材料技术行业研发中心” | ||
河南强耐新材股份有限公司 | 工业固废资源化利用、再生骨料、再生混凝土等 | 全球首个工业规模二氧化碳养护混凝土示范工程-“二氧化碳深度矿化养护制建材关键技术与万吨级工业试验” |
遵义赛德水泥有限公司 | 污泥燃烧后残渣、工业废渣代替部分水泥熟料 | 中国建材旗下子公司,目标打造成为节能减排、协同处置的水泥、骨料、混凝土全产业链生产基地 |
上述上市公司中,华新水泥(600801)、海螺水泥(600585)、金隅集团(601992)均通过发展生产技术和CCUS的方式进行减排,而香港上市公司华润水泥(HK.01313)自2021年起在福建龙岩、贵州金沙等水泥工厂采用多种工业固废替代水泥生产原料。
Part.3 行业新生代代表企业
从低碳胶凝材料行业进展来看,在国家3060战略目标下,国内关于低碳胶凝材料的研究成果增多,同时在低碳胶凝材料产业化方面也取得明显进步。
如云开·全站APPkaiyun环保科技(北京)有限公司成功在山西省、湖北省及重庆市建设了多条固废基低碳胶凝材料生产线,并成功应用于多个基础设施建设项目。产品不仅达到或超过了行业标准,且生产过程中碳减排成效卓著;
首钢京唐钢铁联合有限责任公司及涉县清漳水泥制造有限公司也对固废基低碳胶凝材料进行布局并成功应用于各基础设施建设项目;
上海百奥恒再生资源有限公司、中铝中州铝业有限公司、河南中州铝厂有限公司联合建设了赤泥基低碳胶凝材料示范生产线;
山东恒建工程建设集团有限公司自主研发出石膏矿渣基胶结料,并成功应用于道路水稳基层、底基层施工,实现水稳碎石多层连铺。
另外,远在美国波士顿的一家企业Sublime Systems独辟蹊径,用另外一种创新的方式来开发低碳水泥的技术,并且已经获得了超过4000万美元的投资。
这一突破是在麻省理工学院的蒋教授的实验室里完成的,这项技术已经获得了来自Lowercarbon Capital以及Energy Impact Partners、麻省理工学院的The Engine的投资。
Sublime还与东南亚企业暹罗水泥集团(Siam Cement Group)签约为战略投资者。
Sublime公司的解决方案是将水泥制造过程分成两步。第一步是将自然界中沙子里含有的硅元素分离成为活性硅,第二步是通过一种可以与硅元素发生化学反应的方式制造钙,而最终产品实际上是活性钙和活性硅的混合物。
产品使用过程中需要加入水和碎石,完成化学反应后就凝固成了混凝土。整个过程通过避免使用石灰石、电力以及铝来减少能源使用和碳排放。
但是目前分离活性硅的方式暂时还不够成熟,Sublime的首批产品,是通过使用自然界中存在的活性硅进行生产的。
截至目前,Sublime system还仅仅是一个只能生产100吨低碳水泥的小工厂。该公司将利用筹集到的4000万美元中的一部分资金用来攻克制造活性硅的课题。其余资金将用来扩大生产规模,预计2025年将扩大到年产4万吨。
Part.4 低碳胶凝材料得到行业认可推崇
由《中国建材报》社、中国建设科技出版社、中国硅酸盐学会固废与生态材料分会联合主办的以“碳中和背景下的低碳胶凝材料和固废资源化利用”为主题的研讨会上,与会的10余位业内专家表示,研究发展低碳胶凝材料对建材行业实现碳减排意义重大。
利勃海尔(中国)有限公司战略及公共关系经理张伟宏,从碳排放的前世今生、欧洲水泥碳中和计划及低碳胶凝材料的重要性、低碳胶凝材料如何高质量发展3个方面发表了个人观点。
他表示,二氧化碳对温室效应的贡献超过60%,对于建筑建材行业,当前的机遇可以归纳为能源脱碳化、资源减量化、终端电力化、系统智能化。
《中国建材报》社、中国建设科技出版社社长张立君表示,低碳胶凝材料首先是固废利用很重要的一个思路和角度,其次实现低碳目标有多个路径、多个思路,无论是从减少碳排放,还是从提高技术水平来看,或是实现胶凝材料的低碳发展,一切皆有可能。
华新水泥总裁李叶青在2022年12月15日于湖北省黄石市举办的绿色低碳新材料产业发展高峰论坛中明确表示,水泥作为传统建筑材料,想要实现长远发展,必须在产品性能和用途性能两个方面做出改变和提升,低碳胶凝材料是未来全球水泥行业的发展趋势。
新思界产业研究中心发布的《2022年低碳胶凝材料行业投资可行性分析报告》中明确指出,我国经济处于高质量发展的关键时期,各类基础工程和更高水平的城镇化建设对水泥材料需求量巨大,但在碳减排任务下,水泥行业向绿色低碳发展已成为必然趋势。
《2030年前碳达峰行动方案》明确提出到2030年,非化石能源消费比重达到25%左右,单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降65%以上。
在政策驱动下,以水泥为代表的凝胶材料向低碳转型发展的速度将会加快。但目前关于低碳胶凝材料如何发展的相关问题尤其是碳足迹计算问题仍需清晰的界定。
相关企业可针对胶凝材料低碳化发展这一趋势提前储备相关技术,开发耐久、低碳、可循环利用的新型低碳胶凝材料,以适应未来发展需要。
回顾2022,由于社会的发展需求和多项政策的出台,对水泥行业将是具有里程碑意义的一年,新型绿色低碳胶凝材料从实验室走入公众的视野,颠覆并逐渐替代了传统水泥在社会经济生活中的作用,开启了环保建材新纪元。