|
文献速读 Nat. Sustain. ：为欧洲水泥行业的可持续脱碳铺平道路  题目 Paving the way for sustainable decarbonization of the European cement industry 为欧洲水泥行业的可持续脱碳铺平道路 来源 出版年份：2024年 来源：Nature Sustainability 通讯作者：挪威科技大学Francesco Cherubini 研究背景 水泥是现代社会的主要建筑材料。全世界每年生产300亿吨混凝土，导致约23亿吨碳排放（占全球排放量的6%~8%）。随着欧洲致力于实现气候中和的目标，水泥行业面临着减少碳排放的转型挑战。其中，水泥熟料（水泥主要成分）生产是水泥行业转型的主要挑战之一。熟料生产中约60%的碳排放来自煅烧石灰石，其余排放来自燃料（主要是煤）的燃烧和工艺操作。熟料生产引发的排放难以消减，导致水泥行业在未来成为残余排放的主要来源。这需要通过脱碳措施进行补偿，以实现净零排放。 水泥行业现有的脱碳措施包括更换燃料、替代熟料以及碳捕集和封存技术（CCS）。尽管现阶段已在全球、欧洲和挪威本国范围内调查了这些措施的实施效果，但研究结果显示，减排效果极大依赖于所选方案、技术种类、燃料组合以及具体工厂的地理位置。CCS技术尽管已实现商业化规模应用，提供了比传统减排方案更显著的气候效益，但其实施与其他环境因素（如人类健康、能源使用和水资源消耗）之间存在权衡。此外，虽然常提倡利用水泥厂捕集CO2来降低减排成本，但其有效性分析仍然有限，且真正的气候效益尚未明确。 尽管前瞻性分析已量化了一些理想的欧洲水泥厂脱碳方案的平均气候效益，但仍未充分探讨这些方案对其他可持续性维度方面影响，也未评估不同国家间的差异和整个欧洲大陆范围内的缓解潜力。这些研究局限阻碍了对多种脱碳措施（单独或组合）效果对比的深入理解，以及这些措施对减少欧洲水泥行业碳排放的贡献。鉴于气候变化只是众多可持续性挑战之一，全面评估应涵盖多个环境层面，以便于及早识别（和预防）可能出现的权衡和冲突。自下而上的生命周期评估（LCA）将水泥生产工厂数据与一系列脱碳措施相结合，可揭示欧洲水泥行业可持续转型的缓解潜力和障碍。 研究出发点 现有研究在评估水泥行业的脱碳措施时通常只考虑单一或少数几种措施，而未考虑到将这些措施整合到动态变化的技术和社会经济背景中，忽视了电力和能源系统转型等外部变化对水泥行业脱碳效果的潜在影响。此外，多数研究使用平均因子和简化方法，缺乏从生命周期角度全面评估多维度可持续性影响，如人类健康、能源使用和水资源枯竭等方面。因此，这些方法无法准确捕捉各种脱碳措施可能带来的直接和间接效应，尤其是在不同国家和地区的具体应用中。此外，现有研究尚未采用LCA揭示欧洲水泥行业可持续转型的缓解潜力和障碍。 研究内容 本文从欧洲大陆和国家层面评估了欧洲水泥行业实施一系列气候变化减缓方案到2050年的可持续性影响。具体为：评估了15种脱碳方案，包括单项措施（如生物质、天然气或氢气等替代燃料、技术改进、熟料替代、CCS、生产电燃料的碳捕集）及其组合（如替代燃料和CCS），并对其气候变化减缓潜力进行量化和对比；分析了可能与气候减缓措施产生权衡的其他环境因素，如使用化石燃料、水资源耗竭和人类健康；概述了每种脱碳方案面临的技术经济挑战，并评估其技术成熟度和成本；考虑了欧洲各个国家目前用于熟料生产的工厂技术组合及其对应的空气污染物排放系数，以及工厂在能源、燃料和水使用上的需求；将综合评估模型（IAMs）中的情景数据与LCA背景流程相结合，明确预测了未来技术和社会经济条件变化；通过蒙特卡罗法进行不确定性分析，探讨了结果对各种过程因素和模型不确定性的敏感性（该分析通过随机选择10000次重复实验中的任何可能值，以统计结果的形式呈现，确保研究结论的可靠性和代表性）。 表1水泥行业的脱碳选项   图1 现阶段不同欧洲国家熟料生产的环境影响  图2 相对于当前熟料生产，全面实施各种脱碳方案可实现的环境影响变化  图3 2050年前欧洲水泥行业脱碳的代表性路径预测环境影响减少量和各国潜在权衡变化  图4 欧洲水泥行业不同脱碳方案在减缓气候变化、其他可持续性影响和技术经济绩效之间的定性协同作用和权衡概要 总结 本文评估了欧洲水泥行业在当前和未来条件下的15种脱碳选择。主要结论如下： （1）在对碳减排途径的投资进行优先排序时，整合有关减排潜力、对其他环境方面的影响以及技术经济因素的信息，有助于确定最佳解决方案。在欧洲范围内，将化石燃料改为可再生燃料供热，预计能减少30%碳排放，而通过现代化熟料生产技术或降低水泥熟料率，可实现约20%碳减排。要实现更大的减排量，就必须大规模实施碳捕集和封存（CCS）技术，并防止与其他环境影响之间的潜在权衡。尽管CO2利用逐渐受到关注，但生产电燃料由于增加了其他环境影响，故并不能减缓气候变化。按照目前的总和脱碳措施实施速度，无法实现零排放目标，还需要引入更多减排措施。相较于单独供应侧措施，除降低水泥熟料率外，提高水泥使用效率或延长水泥寿命等需求侧干预措施，可提供额外20%碳减排。据估计，到2100年，在用水泥基材料可通过碳化重新吸收高达30%的累积碳排放。然而，需求侧减排和煅烧将需数十年努力，以改变建筑规范、标准和认证，并建立可验证的核算协议。 （2）通过联合实施现代技术、高比例的替代燃料和CCS技术，单个碳中和水泥厂正逐渐形成。在不燃烧燃料的情况下实现窑内高温（例如电浆体或电阻加热）可为脱碳提供创新方法，尽管这些方法仍处于早期发展阶段，并可能面临如电力消耗增加和CO2捕获减少等权衡。 （3）推动清洁投资和国际合作的政策可加速获取低排放解决方案及其技术转让。本文根据欧洲不同国家水泥行业的现状和当地替代燃料资源的可获得性，为制定针对这些国家的脱碳计划提供了见解。此外，提供了关于各种脱碳战略如何共同实现减缓气候变化和减轻其他环境影响的信息。进一步调查区域或单个工厂（例如工厂技术和当地可用的替代燃料或原材料）有助于完善针对当地具体情况的策略。由于水泥行业的资本资产具有长期性，若要实现雄心勃勃的减排目标并在2050年之后摆脱碳排放风险，就必须在未来十年内尽快扩大根本性变革规模。 |
|
|
