巩固您的领先优势 ： 净零转型中的水泥行业

材料实践 巩固您的领先优势：净零转型中的水泥行业 新的方法和材料可以帮助水泥行业过渡到脱碳的未来。展望未来，具有新技术战略方法的参与者可能会有优势。 本文是FabianApel，JohannaHoyt，FranciscoMarques，SebastianReiter和PatrickSchulze的合作成果 ，代表了麦肯锡材料实践的观点。 2023年10月 水泥行业脱碳从未如此重要。在全球范围内，水泥约占温室气体（GHG）排放总量的7％，是最大的部门碳排放之一 地球上的脚印1我们的研究表明，到2050年，全球水泥产量将保持稳定，这意味着该行业今天必须做出积极努力，按照行业和全球目标减少排放。 但是水泥特别难以脱碳，因为它在生产过程中直接在化学过程中释放二氧化碳。2新型脱碳解决方案正在出现 ，从熟料生产中的碳捕获，利用和存储（CCUS）的新应用到创新材料和其他胶凝解决方案。 然而，这些解决方案将显著改变价值 随着新商业模式的出现，不同解决方案的参与者和提供商有望争夺市场份额。 对于寻求在净零未来中占有一席之地的水泥企业来说，低碳产品将是成功的关键。但是，参与者必须采取战略性行动，才能在不断变化的市场中脱颖而出。3本文概述了一些最有希望脱碳的解决方案-包括低碳熟料，外加剂，创新胶凝材料和材料循环-以及在进行绿色投资和建立商业模式时要考虑的因素。水泥生态系统中的参与者如何结合和平衡这些解决方案可能会决定行业的脱碳轨迹，以及随着时间的推移，哪些参与者将获得竞争优势。 对于寻求在净零未来中占有一席之地的水泥企业来说，低碳产品将是成功的关键。但是，参与者必须采取战略性行动，才能在不断变化的市场中脱颖而出。 1塞巴斯蒂安·赖特，“水泥”，麦肯锡季刊，2022年8月1日。 2ThomasCzigler，SebastianReiter，PatrickSchulze和KenSomers，“为零碳水泥奠定基础”，麦肯锡，2020年5月14日。 3在本文中，我们重点介绍了水泥行业。但当然，除了水泥的变化之外，净零过渡还有一系列广泛的解决方案。例如，有一个总体解决方案，通过材料密集程 度较低的设计和规格，减少对建筑环境中材料的整体需求，从而减少具体排放。有关更多信息，请参阅通过使建筑环境脱碳来实现建筑价值，麦肯锡，2023年6月。 通往绿色水泥工业之路 水泥和混凝土行业已经建立了新的目标，以降低甚至消除 排放，例如全球水泥和混凝土协会（GCCA）设定的目标 。这些目标旨在将每吨水泥的二氧化碳减少20％，将每立方米的二氧化碳减少25％ 到2030年的混凝土水平与2020年的水平相比。GCCA 要求到2050年完全脱碳。4 在过去的几十年中，水泥企业一直依靠传统的杠杆来减少排放，例如提高燃油效率，用更可持续的选择替代熟料和传统燃料。但是，要到2050年达到净零排放，从2021年到2050年，平均每年的资本支出将需要翻一番，达到600亿美元。5这些成本，以及开发新的脱碳技术和工艺的成本，使得行业参与者对采用新的创新持谨慎态度。 Afewfactorscouldhelpeasethesecostburners.Forexample,citementplayerscouldbenefitfromgreenpremiums.Ouranalysissuggeststhatintheshortterm,thesupplyoflower-carboncitement isunlikelytokeepupwithincreasingdemandfromendconsumerswithobjectiveCO2targets,particularlyinEurope.Thisislikelytodriveshort-termgreenpremiumsforcement.Wealreadyseedemandincreasinginanumberoftoday’smarets;for 例如，霍夫曼绿色水泥技术公司正在为其新产品获取高溢价，而Cemex正在为其低碳混凝土产品获取溢价。随着更多的低碳材料可供终端消费者使用，尤其是在欧洲，这些溢价预计会下降。 此外，支持性监管可以帮助加快脱碳。例如，45Q税收抵免 美国《降低通胀法案》（IRA）为2033年1月之前启动的CCUS技术项目提供税收优惠。6同样，欧盟创新基金通过资助创新技术来支持欧洲的工业脱碳 。 实现净零排放的创新途径 四种途径显示出特别有希望有效地针对水泥的碳密集型 方面并减少其在混凝土中的使用。 尽管这些解决方案中的一些需要进一步开发才能扩展，但每种解决方案都具有显着的减排潜力。 CCUS促进的低碳熟料熟料是水泥中用作粘合剂的中间体，是水泥产品的核心组成部分，但其生产过程具有很高的排放性。 低碳熟料使用CCUS技术在排放前捕获和管理这些碳排放 。7除了完全远离熟料，CCUS是唯一已知的解决熟料生产过程排放的技术。从理论上讲，CCUS甚至可以帮助生产净零排放的熟料。8许多熟料生产商已经专注于实施CCUS，但这些技术往往价格高昂，仍未得到证实 此外，CCUS通常仅在可以访问存储的特定区域经济上可行。 捕获碳的能力或出口（例如，使用矿化碳的应用），政府支持和负担得起的可再生能源，这对熟料生产尤为重要。 4要了解有关GCCA标准的更多信息，请参阅“我们的净零之路”，GCCA于2023年9月22日访问。尽管水泥行业极不可能达到零总排放量，但该行业可能能够达到净零，同时保持总排放量为正。实现净零排放的阈值将根据燃料中使用的生物质份额，生物能源与碳捕获和储存（BECCS）的使用以及关于将发生多少自然再碳化的假设而有所不同。 5“水泥”，2022年8月1日；净零转型：它将付出什么代价，可能带来什么，麦肯锡全球研究所，2022年1月。 6“2022年降低通货膨胀法：第13104节延长和修改碳氧化物封存信贷”，国际能源署，2022年11月17日。 7对于绿色水泥中的二氧化碳含量，目前还没有一个公认的全行业门槛。通常，任何二氧化碳含量低于普通波特兰水泥（OPC/CEMI水泥）的水泥都被认为是“绿色”。与其他行业一样，从长远来看，行业协会和监管机构可能会定义特定的碳减排标准，以将水泥产品标记为绿色。 8使用低碳熟料的水泥产品的排放可能会有所不同，具体取决于它们使用的材料混合物和生产过程。 在一些地方，现有企业正在探索对现有资产进行改造，这在运输和储存能力可用的地方以及现有工厂所需的空间都是有意义的。此外，随着在有利市场中建造新的净零巨型发电厂，具有CCUS功能的低碳熟料可能会变得更加普遍 。这些市场包括美国拥有廉价可再生能源和IRA支持的地区。 以及欧洲的可再生资源，二氧化碳汇，支持性监管以及出口到更广泛的欧洲的能力。玩家可能需要重组他们的资产策略以受益于 这些市场的优势，同时继续服务于其现有市场。这可能涉及在大型工厂中生产低碳熟料，然后将其运送到当地市场并在那里研磨。除了选择进入市场外，水泥企业还可以通过在物流中使用人工智能和利用大型工厂（每年400万至600万吨）从规模经济中受益。战略建造的大型工厂可能会降低生产成本，降低-。 碳熟料高达60%，使其成为更经济可行的选择(图表1)。 附件1 与现状相比，理想地点的熟料大型工厂可以达到60％的成本优势。 新熟料巨型工厂的成本优势，欧元/公吨（t）熟料 熟料制造 参考:现有 德国megaplan (1Mt/年m3容量) ~150 碳捕获成本²运输和储存 德国的新巨型植物 (5Mt/年,容量) ~55 ~60 ~38 40% 成本优势 新的大型植物在理想的位置 (5Mt/年,容量) 60% 成本优势 ~30 ~30 ~90 ~32 €24由于约30％的重量减少COy/t4 30欧元，因为约30 ％的重量减少COy/t4 €7从规模 6欧元来自更好的能源和燃料组合 5欧元来自数字化杠杆 ~60 ~29 ~20 ~12 €18从接近COy水槽10欧元来自电力 3欧元由电力驱动 13欧元的折旧和资本成本 1包括运营支出、25年折旧和10%的资本成本。 2假设20%的资本成本和15年折旧。 3每年百万吨。 40.53tCOy/t熟料(大型熟料)对0.79tCOy/t熟料(参考植物)。 麦肯锡公司 外加剂 外加剂是添加到混凝土中以改善其性能的物质，例如其耐久性 和可操作性。它们还可以减少混凝土中所需的水泥量，从而降低水泥相关成本并减少混凝土的碳足迹。根据我们的分析，外加剂有可能在现行标准下将混凝土中的二氧化碳排放量减少多达30％，在更新标准下减少多达50％。通过减少所需的水泥体积，额外的外加剂使混凝土成本保持稳定。混合物也。 允许更高水平的混凝土回收和使用纤维增强。 然而，目前有一些障碍阻碍了外加剂的广泛采用。不同的混凝土应用需要不同类型的外加剂，并且掺入不同的混凝土混合物会使施工计划和执行更加复杂。此外，关键利益相关者可能对外加剂的脱碳潜力认识有限。在水泥资产提供可观回报的市场中，整合的现有企业也面临着转型挑战 ，这将需要破坏自己的商业模式，以增加预拌混凝土（ RMC）中的外加剂。 创新胶凝材料替代胶凝材料，如低碳水泥或地质聚合物混凝土，在历史上一直在努力扩大规模。然而 ，目前的投资趋势和快速的技术 进步使初创公司能够通过低碳产品破坏替代水泥空间。例如，硫磺用钙硅酸盐岩石代替传统水泥生产中的石灰石，而SublimeSystems使用电化学工艺消除了对窑的需求。尽管这些方法很新颖，但投资数据表明 替代胶凝材料很高：硫磺在2022年宣布了5500万美元的融资，自2021年以来，SublimeSystems在两轮融资中筹集了超过4000万美元。9 特别是，辅助胶凝材料（SCMs）提供了有希望的方法来显着减少传统水泥和混凝土的碳足迹。传统的SCM-例如粉煤灰，磨碎的粒状高炉矿渣（GGBFS）和硅灰-可用于部分替代水泥中使用的熟料或混凝土中使用的水泥含量 。这可以同时具有可持续性和成本优势，但SCM通常不能完全利用。在许多市场中,本地和区域标准限制了基于水泥的传统SCM的体积。 例如，欧盟将粉煤灰限制在最多35%，而美国将其限制在40%。1新的SCM，如煅烧粘土，石灰石和再生混凝土可能需要重新评估这些标准，以最大限度地提高水泥和混凝土的性能和脱碳潜力，特别是随着传统SCM的可用性下降（参见侧栏，“水泥产品的市场预测”）。 9“通过ASTMC150认证的硫磺水泥”，CemNet，2023年7月14日；“SublimeSystems确保4000万美元的A系列电气化和扩大脱碳水泥生产”，BusinessWire，2023年1月8日。 10“BSEN197-5：2021：水泥波特兰复合水泥CEMII/C-M和复合水泥CEMVI”，欧洲标准，2021年5月；“ASTMC595/C595M-23：混合水硬性水泥的标准规范”，ASTM，2023年7月26日更新。 水泥产品的市场预测 本地市场发挥重要作用在塑造不同水泥产品的供应和需求 ，使全球趋势有些难以预测。然而，一些一般的轨迹预计在未来几年（显示）。 —传统熟料。随着建筑市场对可持续材料的需求增加，对传统熟料的需求预计将萎缩。传统熟料生产预计也会萎缩，因为一些生产设施将采用碳捕获、利用和储存(CCUS)技术进行改造，以制造低碳熟料。根据当地情况，预计利润率将保持稳定或仅略有波动。 —低碳熟料。CCUS启用的低碳熟料预计将增加需求和供应（从今天的零），1但最终它将仅限于在有优势获得二氧化碳的市场生产 sinks,rawmaterials,governmentsupport,andrenewablepower.Thiswilllikelyentailoversedemandandcouldenableslower-carbon-clinkerproducerstocharge