摘要
水泥制造业是社会发展和经济建设不可缺少的支柱产业之一，我国规模以上企业的水泥制造技术已普遍接近国际先进水平，但是高能耗、高排放的问题仍然存在，特别是温室气体排放问题在“双碳”背景下尤为突出，亟需以绿色发展理念为指引，加快研发水泥低碳技术，并建立合理的评价方法，结合实际应用场景分析各类技术的碳减排潜力及协同节能减污效果，支撑水泥制造业的低碳转型。 本研究构建了基于生命周期评价方法的水泥碳减排及节能减污协同潜力评价模型;选取典型水泥低碳技术作为研究对象，分别收集典型技术实施前后的温室气体活动相关数据，编制生命周期清单;并应用构建的评价模型计算典型水泥低碳技术生产水泥产品的碳足迹及其他环境负荷，科学定量典型水泥低碳技术的碳减排潜力，辨识技术推广过程的制约因素，研判典型技术的碳减排贡献。 在方法模型构建方面，系统梳理了生命周期评价、碳足迹分析、低碳产品认证等可应用于水泥产品的温室气体排放核算方法，基于科学性、完整性等方面的考虑，选取生命周期评价作为论文研究方法，确定了水泥产品生命周期评价的功能单位、系统边界、数据收集与计算程序，选取了水泥制品使用和废弃过程的固碳量评估模型及生命周期影响评价方法体系(ReCiPe-2016)，并对相关影响类型指标的物质分类、计算方法及因子进行了整理收集，形成了水泥产品/减排技术全生命周期碳足迹及协同环境效益评估方法。 在数据收集方面，分类梳理了已实现商业化应用及尚处于研发阶段的水泥碳减排技术，分析了各类技术的减排原理及局限性，选取水泥窑协同处置燃料替代技术、电石渣替代石灰石制备水泥熟料技术、石灰石煅烧粘土水泥技术作为研究对象。通过企业调研获取相关产品生产的温室气体活动数据，通过数据库和文献调研整理并给出了企业运营边界外与产品生产相关的原材料获取、运输、能源生产等过程的资源、能源消耗与污染物排放等背景数据，分别编制三类典型碳减排技术应用前后水泥（熟料）产品的生命周期清单。 在评估分析方面，通过构建的水泥产品/减排技术全生命周期碳足迹及协同环境效益评估方法对选取的三类典型水泥低碳技术进行评估。结果显示，水泥窑协同处置燃料替代技术（预处理-RDF工艺），当燃料替代率为2.5％时，可降低1.38％的熟料产品碳足迹并避免大量垃圾传统处置（填埋/焚烧）造成的碳排放，同时改善环境酸化、矿产资源耗竭等多类环境影响，充分发挥该技术的减排潜力，还需解决热量替代率低、经济效益不明显等问题，如能达到当前欧洲燃料替代的先进水平(50％)且实现大规模应用，可减少300万t二氧化碳的熟料生产碳排放，同时避免超过1亿t二氧化碳当量的生活垃圾填埋过程的温室气体排放。电石渣替代石灰石制备水泥技术（预烘干干磨干烧工艺），可降低46.6％的熟料产品碳足迹，同时具备节约天然矿石资源、节约土地资源等协同环境效益，但该技术的大范围推广受限于电石渣产生量，若干基电石渣年产生量3700万t全部用于水泥熟料生产，则可实现3120万t二氧化碳减排，且随着我国电力系统零碳化进程的不断推进，该技术的碳减排效果会更加明显（电石渣脱水烘干使用电力间接碳排放大幅下降）。石灰石煅烧粘土水泥(LC3)技术可降低22％～24％的水泥产品碳足迹，并改善矿产资源稀缺性和化石能源消耗等多类环境影响，该技术的大范围推广受限于我国高品质粘土资源储量，预计年产120万t P.O 42.5的水泥厂，若以煤为燃料煅烧黏土，生产使用50％熟料的LC3，可减少约17.25万t/年的碳排放。 水泥制造业近零排放目标的实现需要零碳能源替代、过程排放削减、跨产业协同减排等多方面技术的共同支撑与集成应用，本研究建立了可量化水泥碳减排技术减排潜力及协同环境效益的评估方法，并将其应用于水泥窑协同处置燃料替代技术、电石渣替代石灰石制备水泥熟料技术、石灰石煅烧粘土水泥三类典型水泥碳减排技术的系统评估，相关研究成果对水泥制造业绿色低碳转型中关键技术遴选及技术路径制定具有指导意义。
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