燃料替代是水泥行業(yè)一種成本效益較高的減排措施，在眾多替代燃料中，氫能因其來源廣泛和應(yīng)用便利性受到廣泛關(guān)注。采用氫能煅燒水泥熟料，可提高能源利用效率，顯著降低水泥生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的影響。
近日，金隅科研總院綠色低碳環(huán)保技術(shù)研究院在小型回轉(zhuǎn)窯試驗(yàn)平臺(tái)上，進(jìn)行了高濃度氫能煅燒水泥熟料工業(yè)試驗(yàn)，試驗(yàn)所用燃料氫氣濃度大于70%，為國(guó)內(nèi)首次相關(guān)試驗(yàn)。這讓人們看到了利用氫能助力水泥行業(yè)脫碳的更多可能性。
水泥行業(yè)是我國(guó)碳排放的重要來源。每生產(chǎn)1噸水泥，大約會(huì)產(chǎn)生1噸二氧化碳。我國(guó)是全球最大的水泥生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，由于產(chǎn)業(yè)規(guī)模大、窯爐工藝特點(diǎn)等原因，水泥行業(yè)碳排放量約占全國(guó)碳排放總量的13%，僅次于電力和鋼鐵行業(yè)，高于交通運(yùn)輸業(yè)。作為歐盟碳邊境調(diào)節(jié)機(jī)制首批納入的6個(gè)行業(yè)之一，水泥行業(yè)是我國(guó)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)需重點(diǎn)關(guān)注的領(lǐng)域，減排任務(wù)繁重。水泥行業(yè)需采取更加積極的措施，降低碳排放并實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。
相較電力、鋼鐵等領(lǐng)域，水泥行業(yè)減排工作挑戰(zhàn)更大，進(jìn)展也更慢。從原料特性看，在水泥生產(chǎn)過程中，約60%碳排放來自石灰石分解產(chǎn)生的二氧化碳。由于石灰石作為原料難以被替代，這部分排放暫時(shí)難以大幅減少。從燃料結(jié)構(gòu)看，水泥生產(chǎn)過程中需要消耗大量能源，我國(guó)主要使用的是煤炭，燃燒過程會(huì)產(chǎn)生大量二氧化碳，這部分排放可通過技術(shù)手段加以解決。
燃料替代是水泥行業(yè)一種成本效益較高的減排措施。水泥熟料煅燒需要燃料燃燒產(chǎn)生熱量，如果將現(xiàn)有化石燃料替換成可再生能源則能大幅降低碳排放。根據(jù)中國(guó)水泥協(xié)會(huì)課題組做的碳中和路徑研究，到2060年，碳捕集和封存技術(shù)、替代燃料技術(shù)、低碳水泥技術(shù)對(duì)水泥行業(yè)減排貢獻(xiàn)將排在前三位。燃料替代則是近期最具潛力的減排手段。
在眾多替代燃料中，氫能因其來源廣泛和應(yīng)用便利性受到廣泛關(guān)注。采用氫能煅燒水泥熟料，可提高能源利用效率，顯著降低水泥生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的影響。為此，瑞士拉法基豪瑞、德國(guó)海德堡、墨西哥西麥斯等國(guó)際大型水泥企業(yè)，均把氫能列為重要技術(shù)發(fā)展方向，積極打造綠色氫能產(chǎn)業(yè)鏈，并已有一些成功應(yīng)用案例。
我國(guó)也在大力推動(dòng)水泥行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型。多項(xiàng)政策將替代燃料列為重點(diǎn)任務(wù)，積極推動(dòng)相關(guān)技術(shù)開發(fā)和使用。2022年2月，國(guó)家發(fā)展改革委等部門聯(lián)合發(fā)布《水泥行業(yè)節(jié)能降碳改造升級(jí)實(shí)施指南》提出，要加快研發(fā)綠色氫能煅燒水泥熟料關(guān)鍵技術(shù)，加快先進(jìn)適用節(jié)能低碳技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。2024年5月，國(guó)家發(fā)展改革委聯(lián)合4部門印發(fā)《水泥行業(yè)節(jié)能降碳專項(xiàng)行動(dòng)計(jì)劃》，要求到2025年底，水泥行業(yè)替代燃料消費(fèi)比例力爭(zhēng)達(dá)到10%。
在此背景下，我國(guó)水泥企業(yè)積極推進(jìn)氫能在水泥行業(yè)的應(yīng)用。為實(shí)現(xiàn)水泥熟料生產(chǎn)化石燃料全部替代，金隅科研總院綠色低碳環(huán)保技術(shù)研究院開展了氫能煅燒水泥熟料工藝技術(shù)研發(fā)、傳熱及燃燒特性分析，驗(yàn)證了水泥生產(chǎn)線使用氫能進(jìn)行熟料生產(chǎn)的可行性;冀東水泥與中國(guó)化學(xué)工程集團(tuán)在氫氣制、儲(chǔ)、運(yùn)、用等領(lǐng)域，以及氫能產(chǎn)業(yè)示范園區(qū)建設(shè)方面開展全方位合作;海螺水泥密切關(guān)注氫能制取和儲(chǔ)運(yùn)等環(huán)節(jié)前瞻性技術(shù)研究，積極開展氫能項(xiàng)目試點(diǎn)工作。
整體來看，與生物質(zhì)燃料相比，氫能在水泥行業(yè)應(yīng)用還處于探索階段。目前綠氫生產(chǎn)成本較高，大規(guī)模長(zhǎng)距離儲(chǔ)運(yùn)困難，與水泥生產(chǎn)工藝適配尚需驗(yàn)證優(yōu)化，行業(yè)應(yīng)用缺乏標(biāo)準(zhǔn)參考。但隨著新能源技術(shù)不斷進(jìn)步，綠氫成本正快速下降。有機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，綠氫在碳達(dá)峰時(shí)期將具備與化石能源競(jìng)爭(zhēng)的一定實(shí)力。因此，氫能在水泥行業(yè)的應(yīng)用，有望成為行業(yè)未來實(shí)現(xiàn)節(jié)能減碳的突破點(diǎn)，前景不容小覷。
隨著工業(yè)領(lǐng)域節(jié)能減碳形勢(shì)日趨嚴(yán)峻，尋找替代能源實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展，是水泥行業(yè)的重要出路，氫能與碳捕集和封存技術(shù)協(xié)同配合是較為現(xiàn)實(shí)的選擇。主管部門可出臺(tái)支持政策，依靠合理的價(jià)格機(jī)制傳遞正確市場(chǎng)信號(hào)，鼓勵(lì)企業(yè)加大研發(fā)應(yīng)用力度，擁抱更加清潔的低碳水泥，實(shí)現(xiàn)全行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。 (作者：王軼辰 來源：經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào))
作者：王軼辰
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