中国水泥行业碳中和之路

加速工业深度脱碳： 中国水泥行业碳中和之路 2022.09 关于落基山研究所(RMI) 落基山研究所(RMI)是一家于1982年创立的专业、独立、以市场为导向的智库。我们与企业、政策制定者、科研机构及创业者协作，识别并规模化推广能源系统转型解决方案，推动全球能源系统转型，践行1.5°C温控气候目标，创造清洁、繁荣的零碳共享未来。落基山研究所在北京、美国科罗拉多州巴索尔特和博尔德、纽约市、加州奥克兰及华盛顿特区设有办事处。 关于中国水泥协会 中国水泥协会（CCA）于1987年在北京成立，是具有独立法人资格的社会团体。中国水泥协会是由全国水泥及相关产品的生产企业、科研工程设计企业、投资咨询企业等单位自愿组成的行业性组织，具有广泛的代表性，是企业与政府联系的桥梁纽带，为企业和政府、社会做好技术与政策咨询服务。我们与企业、政府、科研设计机构及建设者共同协作，促进水泥行业绿色低碳永续发展。 作者与鸣谢 作者 落基山研究所(RMI)中国水泥协会 李婷王郁涛 李抒苡范永斌 李威张翼 闫榕夏凌风 张梦露赵峙杰 刘淑娟 其他作者 高旭东中国水泥协会郭珍妮中存大数据邱林中存大数据叶寒韵中存大数据贺梦蛟中存大数据孙盈盈中存大数据 李晋清华大学环境学院 联系方式 李威wli@rmi.org 引用建议 落基山研究所,中国水泥协会,加速工业深度脱碳：中国水泥行业碳中和之路,2022 鸣谢 特别感谢AngelaWrightBennettFoundation、BloombergPhilanthropies、ClimateWorksFoundation、QuadratureClimateFoundation和TheWilliamandFloraHewlettFoundation对本报告的支持。 我们也向为本研究提供意见和建议的来自水泥企业和研究机构的专家们表示诚挚的感谢。 目录 前言5 1.中国水泥行业碳中和之路：挑战与优势6 中国占据全球水泥生产与消费的半壁江山，减排意义重大6 中国水泥行业碳中和转型的挑战7 中国水泥行业碳中和转型的优势8 2.碳中和图景下水泥行业供需展望9 城镇化与基建放缓将主导未来的水泥需求9 2050年水泥熟料需求将下降三分之二10 进出口对水泥行业产量与碳排放的影响有限11 3.水泥行业脱碳的技术路径12 水泥减量生产是水泥行业减排重要抓手12 水泥生产脱碳的技术可行性14 燃料替代对水泥脱碳发挥重要作用14 能效提升有进一步空间17 调整水泥品种结构以创造减碳价值18 碳捕集、封存与利用是水泥碳中和的必要技术19 零碳水泥的经济可行性20 4.中国水泥碳中和之路：时间、空间演变和转型模式23 中国水泥碳中和转型时间线23 中国水泥碳中和产能地理分布26 中国水泥碳中和转型模式28 5.推动中国水泥碳中和发展：政策建议29 推动水泥行业纳入全国碳交易市场，发挥碳价机制促进水泥行业向碳中和转型29 通过与碳挂钩的绿色采购政策，促进需求方的转型。建立绿色建材市场和生态系统29 发挥绿色金融作用，为水泥企业绿色转型提供金融支持29 促进循环经济，实现固体废物燃料的大规模生产和应用29 前言 水泥行业是中国实现碳中和的关键行业之一。中国的水泥生产与消费占据全球市场的一半以上，碳排放占全国总排放量的13%，仅次于电力与钢铁行业。水泥行业减排的难点一是减少生产过程的排放，这需要能够大规模替换现有原料的工艺技术；二是改变以煤炭为主体的燃料结构。此外，中国水泥企业的资产运行年限较短，快速转型带来的搁浅资产风险较高，同时，较低的行业集中度也对新技术的大规模应用带来一定挑战。 在双碳目标下，中国正在着力构建碳达峰碳中和“1+N”政策体系，包括制订以水泥为代表的建材等重点行业的碳达峰实施方案。随着以建筑业为代表的下游产业向低碳转型，产业政策如错峰生产和减量置换等常态化，以及碳市场等市场措施的启动，水泥行业向低碳乃至碳中和转型有望不断取得进展。 本报告《加速工业深度脱碳：中国水泥行业碳中和之路》由RMI与中国水泥协会共同合作，针对水泥行业在碳中和目标下的转型路线图进行深入探讨。我们的分析表明，水泥行业实现碳中和需要在减量、燃料、品种、能效和末端处理各环节共同发力。在城镇化与基建需求放缓、淘汰落后产能以及建筑业提升材料效率等多重因素影响下，中国的水泥需求与产量将呈现明显下降趋势。在此基础上，燃料替代技术将发挥重要减排作用。与此同时，调整水泥品种可以起到降低过程排放的作用，其路径包括调整水泥的熟料系数、生产新型低碳水泥，以及替代原料技术。碳捕集、封存与利用（CCUS）是水泥行业实现碳中和的重点技术之一，能够为水泥工艺中的部分碳排放进行末端处理，对未来水泥产业的布局也将产生影响。 值得指出的是，水泥行业碳中和需要依靠价格机制传递正确的市场信号，以提升低碳水泥的成本优势。同时，水泥低碳转型与上下游产业关系密切，宜打破行业边界、布局综合规划。考虑到供需关系、技术发展速度、成本构成等因素的不确定性，本研究聚焦于在假设时间框架下中国水泥行业的碳中和转型趋势、短中长期安排和技术经济路线图，以期为政策制定和行业规划提供参考。 1.中国水泥行业碳中和之路：挑战与优势 中国占据全球水泥生产与消费的半壁江山，减排意义重大 中国是全球最大的水泥生产国和消费国。2021年中国水泥生产占世界的57%（图表1），中国共生产水泥23.63亿吨（图表2）；共消费水泥23.8亿吨，消费量也占全球一半以上i。从碳排放的角度看，2020年，中国水泥行业CO2排放量约为13.7亿吨（图表3）；据不同研究，水泥行业占全国总碳排放的比例约13%，仅次于电力和钢铁行业。水泥行业的减排对实现中国碳中和至关重要。 图表12021年全球水泥主要生产国 31% 2% 2% 8% 57% ѣളদᓜ䏀঍㗄ളެԌളᇬ 来源：USGeologicalSurvey,CementStatisticsandInformation 图表22010-2020年中国水泥与水泥熟料产量 30 ӝ䠅δӵਫ਼ε 25 20 15 10 5 0 010ᒪ011ᒪ01ᒪ013ᒪ014ᒪ01ᒪ016ᒪ017ᒪ018ᒪ019ᒪ00ᒪ ⟕ᯏ≪⌛ 来源：本研究课题组 !据TheGlobalCementReport，全球水泥消费量2020年达到41.4亿吨 图表32010-2020年中国水泥行业CO2排放情况 13.7 4.74 16 CO,ᧈ᭴䠅δӵਫ਼ε 14 12 10 8 6 4 2 0 010ᒪ011ᒪ01ᒪ013ᒪ014ᒪ01ᒪ016ᒪ017ᒪ018ᒪ019ᒪ00ᒪ 来源：中国水泥协会 ᐛ㢰䗽ぁ⴪᧛ᧈ᭴⟹ᯏ⟹✝⴪᧛ᧈ᭴⟕ᯏ䰪᧛ᧈ᭴≪⌛䰪᧛ᧈ᭴ᙱᧈ᭴ 图表42018年每吨熟料用于热能的能源消耗构成 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 1.80% 14.00% 43.51% 43.70% 47.36% 98.20% 86.00% 52.49% 52.30% 52.64% ѣള㗄ള㤧ള⌋ള⅝⍨ 来源：国际能源署（IEA），中国水泥协会 ौ⸩⟹ᯏ ᴵԙ⟹ᯏ 中国水泥行业碳中和转型的挑战 过程排放是水泥行业减排的最大难点 水泥生产过程中约60%的碳排放来自碳酸盐（主要来自石灰石）分解产生的CO2，即过程排放。石灰石作为水泥生产的核心原材料，具有分布广、储量大、开采易、价格低等特点。以生产1吨水泥需要1.2–1.3吨石灰石计，全国每 年水泥行业消耗的石灰石重量在20亿吨级别。虽然目前业界在探索原料替代工艺方面取得了突破，但尚未出现能广泛替代石灰石的替代原料、生产工艺或替代性胶凝材料。因此，难以消除的大规模过程排放会成为水泥行业碳中和道路上的最大挑战。 水泥生产高度依赖化石燃料 在水泥生产过程中，化石燃料燃烧及电力消耗产生的碳排放分别全流程碳排放的约35%和5%。其中化石燃料燃烧主要发生在熟料煅烧阶段，电力消耗主要用于电机驱动。中国水泥生产的能源输入以煤炭为主。相比发达国家与世界平均水平，替代能源的替代比例很低。中国每吨熟料的热能使用中，只有2%左右来源于非化石燃料，而欧洲国家 的替代率可以达到40%以上（图表4）。 目前水泥行业中较有潜力的替代燃料包括固体废弃物、生物质等。氢能、绿色电力等新型可再生能源在水泥中的应用尚处于早期验证阶段。我国替代燃料使用比例偏低，主要受限于垃圾处理体系有待完善、垃圾衍生燃料产业尚未建立、生物质资源总量及可用性等问题。在水泥行业中推广使用替代燃料还需克服制度、技术、成本上的障碍。 水泥资产运行年限较短，在产业低碳转型的背景下面临较大的搁浅风险 过去20年中国基础设施建设的快速增长和随之而来的水泥的需求量急剧上升，大量水泥产能也是在这一时期内投 建。据估计，中国约90%的水泥生产设施为近20年以内新建，40%的水泥厂于近10年内新建。而全球范围内水泥 厂的运行寿命通常为40年。如果未来在双碳目标的约束下，部分现存的水泥生产设施成为搁浅资产的风险上升。相应地，如果对这些设施进行升级改造，由于其投入使用的年限较短，也会对企业造成较大的成本负担。 水泥行业集中度不高，不利于市场集体行动以及新技术的推广 水泥行业的全国熟料产能排名前十的企业产能集中度约为57%，尚有提升空间。集中度不高不利于落后产能的淘汰，也不利于新技术的集中研发与大规模部署。对于碳捕集与封存等需要较大基础设施投资的新技术，水泥企业较为分散的格局也会阻碍基础设施共建共享，从而推高应用成本和难度。分散布局导致的CO2储运成本及跨行政区域的协调，也会阻碍此类技术的大规模推广。 中国水泥行业碳中和转型的优势 双碳政策、供给侧改革、需求侧变化联合发力推动水泥行业低碳转型 随着中国经济从高速增长阶段转向高质量发展阶段，水泥工业及其下游的建设行业也将实现高质量转变。经过过去20年的快速发展，未来中国的城镇化和基础设施趋于饱和，水泥需求将进入平台期甚至下降。同时，供给侧改革的推进，减污降碳环保政策、错峰生产和减量置换等产业政策常态化，以及双碳目标新形势下的碳市场等手段，将联合发力推动水泥行业向低碳乃至碳中和转型。 政策利好、广泛的市场和创新能力利于新能源和新技术的落地推广 中国水泥行业应用的技术和设备较为先进，生产能效在国际上处于领先水平，且拥有创新和新技术应用的经验和能力。中国拥有广泛的水泥市场基础和创新试验条件，利于水泥行业的新技术研发与推广。在国家支持下，以风电光伏为代表的新能源电力已实现对煤电的成本优势。氢能作为前沿科技和产业变革领域也明确列入国家“十四五”规划。2022年发布的《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》中明确提出探索氢能在工业领域替代应用、扩大工业领域氢能替代化石能源应用规模。这些因素将为新能源在水泥行业转型中的应用创造技术和成本上的利好条件。 建筑业低碳意识的提升将培育壮大低碳建材市场 以建筑业为代表的水泥下游行业不断深化绿色变革、提升低碳标准，将对以水泥为代表的建材行业低碳转型带来利好，并有助培育壮大低碳建材的市场需求。2019年，住房和城乡建设部发布《建筑碳排放计算标准》，以国标的形式将建材生产的碳排放纳入建筑碳排放计算中。2021年，国家住房和城乡建设部规定自2022年4月1日起，现行工程建设将强制要求进行建筑碳排放计算。国内房地产企业也纷纷加入双碳行动中。例如，远洋集团已带头承诺2050年实现“碳中和”；包括万科、中国金茂等在内的10家房企公开承诺公司新建建筑100%符合绿色建筑标准。建筑业低碳意识的提升将为水泥低碳转型带来市场动力。 2.碳中和图景下水泥行业供需展望 城镇化与基建放缓将主导未来的水泥需求 水泥的主要需求来自以建筑与基础设施（包括城市道路、公路、铁路等）为主的建设行业。我国人口目前已进入较低增长阶段，城镇化预计于2035~2040年期间达到80%以上的成熟水平。中长期人口总量的降低和城镇化进程的减缓（图表5），以及多年来房地产业高速发展所累积的存量住房