水泥和混凝土生产占全球二氧化碳排放量的7-8%。
第一推动者联盟成员致力于推动该行业脱碳。
我们概述了截至目前为实现第一推动者联盟到2030年的承诺所取得的进展。
混凝土是使用最广泛的人造材料，仅次于水，是使用量排名第二的材料。人类依赖混凝土，但水泥和混凝土生产占全球二氧化碳排放量的7-8%，因此该行业需要作出重大改变，以实现可持续发展。
因此，该行业脱碳对于将全球变暖控制在较工业化前水平升温1.5°C的目标之内至关重要。时间紧迫，因为2050年是许多地区实现净零排放的目标年份，而由于该行业资本资产寿命较长，这一年份仅相隔一个投资周期。
水泥和混凝土行业的脱碳包括多种解决方案。目前，约90%的水泥生产排放来自熟料生产。熟料生产既通过石灰石煅烧的化学反应产生排放，也通过燃烧燃料以达到煅烧熟料所需的1,450°C高温产生排放。熟料是硅酸盐水泥生产的核心，是大多数水泥产品中的胶凝材料，而水泥产品又是混凝土配比的主要成分。要减少这些与熟料相关的工艺排放，需要采用深度脱碳技术，本文将对此进行探讨。
过去一年，已有七家企业加入了水泥和混凝土行业的第一推动者联盟（FMC）。该联盟由多家企业组成，通过汇集采购力，展示对七个难以减排行业中近零排放技术的需求。这些企业已承诺，到2030年，将其每年水泥和混凝土采购量的10%采购为近零排放产品。第一推动者联盟水泥和混凝土成员合计约有6,000万美元的需求，并具有10万吨的潜在温室气体减排量。
为了解该行业脱碳进展的概况，我们向主要水泥和混凝土供应商以及第一推动者联盟的运输成员豪瑞和海德堡材料公司询问了其正在采用的突破性技术，同时也请第一推动者联盟的水泥和混凝土成员分享其更广泛的脱碳行动。
解决方案1：碳捕集、利用与封存（CCUS）可减少工艺排放
CCUS技术能够从熟料生产过程中捕集碳，有助于减少原本难以减排的工艺排放。捕集的碳随后可被长期封存或利用。
海德堡材料公司是一家德国跨国建材企业，年产水泥1.76亿公吨。该公司利用CCUS技术捕集熟料生产过程中产生的排放。
海德堡材料公司首席可持续发展官妮可拉·基姆（Nicola Kimm）表示：“海德堡材料公司正深入研究CCUS在技术、经济和社会层面的相关问题。其位于挪威布雷维克（Brevik）的碳捕集与封存（CCS）设施是水泥行业首个全规模CCS设施，计划于2024年底投入运营。凭借其丰富的捕集技术组合和全规模CCUS项目，海德堡材料公司估计到2030年将累计减少1,000万吨碳排放。”
CCUS技术在其他水泥和混凝土生产商中也得到广泛应用。豪瑞是一家大型国际建材企业，水泥生产设施产能为2.6亿公吨。首席可持续发展官诺拉格·福雷斯特（Nollaig Forrest）补充说，豪瑞正致力于将CCUS与低碳水泥和混凝土生产相结合，以实现净零排放：“豪瑞已在行业内推出了范围最广的低碳及循环建筑解决方案。其中包括低碳混凝土ECOPact和低碳水泥ECOPlanet，这两个品牌已是快速增长的数十亿级品牌，此外还提供日益丰富的先进屋面和保温系统，使建筑在使用中更加节能。”她表示，豪瑞已获得欧盟资助，用于行业领先的六个CCUS项目，另有八个项目正在开发中。通过其脱碳工作，豪瑞承诺到2030年每年捕集超过500万吨二氧化碳。
解决方案2：增加辅助胶凝材料（SCM）的使用
SCM的使用是水泥和混凝土行业脱碳的另一项有效手段。使用粉煤灰或粒化高炉矿渣（GGBS，一种钢铁生产副产品）等SCM，可减少混凝土配比中所需的水泥用量，从而降低排放。
豪瑞的ECOPlanet Zero水泥采用多种脱碳措施，包括使用SCM。据该公司集团公共事务及社会影响主管塞德里克·德梅乌斯（Cédric de Meeûs）介绍，所用SCM包括煅烧黏土以及回收的建筑和拆除材料。该公司还使用替代燃料进一步实现生产过程脱碳。豪瑞正在扩大煅烧黏土等低排放材料的使用规模，这使水泥生产的二氧化碳排放量最多可降低50%。此外，诺拉格·福雷斯特表示，通过结合包括使用SCM和CCUS在内的措施，“到2030年，我们将提供至少800万吨完全脱碳的ECOPlanet Zero水泥，其中ECOPact和ECOPlanet将占我们混凝土和水泥净销售额的一半以上”，这有助于豪瑞实现到2030年每年捕集超过500万吨二氧化碳的承诺。
SCM的使用并不仅限于水泥供应商。Consolidated Contractors Company（CCC）是中东地区最大的建筑公司。该公司业务发展经理萨吉·胡里（Saji Khoury）表示，该公司正专注于在中东和北非地区使用SCM，其目标是“到2030年，在其土木和机电项目中纳入10%的绿色混凝土。该承诺涉及以更环保的SCM（如GGBS和粉煤灰）替代传统水泥。”他强调，绿色混凝土的质量并未因此受损，因为用GGBS替代最多60%的硅酸盐水泥后，仍可达到4000-5000 psi的强度。
通过高效的配比设计降低混凝土中的水泥含量，同时不损害最终产品质量，有助于企业大幅改善其所用水泥的碳足迹。瑞典跨国电力公司Vattenfall已开发出一种水泥含量降低的气候增强型混凝土，可将二氧化碳排放量减少约30%。该公司首席可持续发展官安尼卡·拉姆舍尔德（Annika Ramsköld）和首席采购官比约恩·斯滕纳克（Björn Stenecker）告诉我们，该混凝土正用于瑞典哥德堡附近哥塔河上利拉埃德特（Lilla Edet）水电站新溢洪坝的在建工程中。他们解释说，在大型混凝土结构中减少水泥用量“可使养护过程中的温度降低，从而减少开裂风险。我们已开展大量试验和测试，以确保该混凝土方案适用于施工，并尤其满足未来100多年的安全性和耐久性要求。”
伙伴关系与合作是成功的关键
ZGF Architects同样致力于推动使用更高SCM含量的配比。该公司华盛顿特区管理合伙人蒂姆·威廉姆斯（Tim Williams）近期参与了两个项目，在这些项目中，当地混凝土供应商受邀编制低碳环境产品声明（EPD），进而促使SCM的使用量有所提高。EPD是对产品整个生命周期环境影响进行独立核验的报告，依据一套特定的产品类别规则（PCR）编制。PCR提供计算规则和指南，以确保同一产品类别内的所有EPD披露相同类型的信息。
这涉及高SCM含量的配比、1L型水泥（也称为石灰石硅酸盐水泥，即石灰石含量较高的水泥）以及现场配料站。这项工作不仅促进了低碳水泥的生产，这两个主要项目还实现了“相较于区域平均做法，全球变暖潜势降低20%至34%”。正如威廉姆斯所解释的，该工作“为华盛顿特区地区的知识共享和持续成功奠定了基础”。
分享最佳实践将至关重要。例如，轻质建筑先驱Etex的首席创新官埃里克·贝特朗（Eric Bertrand）和集团可持续发展主管塞尔吉奥·桑多瓦尔（Sergio Sandoval）强调了各领域伙伴关系的重要性。他们表示：“Etex与其供应商及创新型初创企业合作，以实现更可持续的发展；与供应商合作，使用辅助胶凝材料含量更高的水泥，并应对其纤维水泥产品回收的挑战。我们已在试点一项回收计划，计划于2024年推出。”显然，应对水泥和混凝土脱碳这一复杂课题，仅靠单个企业是无法完成的。
展望未来
在一个占全球二氧化碳排放量相当大比例的行业中，以上只是正在进行的部分脱碳行动。为进一步推动该行业脱碳，正在为水泥生产开发新兴的替代化学工艺，例如不使用窑炉来生产熟料，或以硅酸钙岩石代替石灰石作为石灰来源，从而消除石灰石加工产生的二氧化碳排放，且至关重要的是不损害最终产品质量。同时，也在持续开发并推广电动或氢基窑炉。
挑战在于，这些技术需要以所需规模推广应用，说服需求方相信脱碳方案具有适当质量，并且仍需继续开发和更新EPD及PCR，为用于水泥和混凝土脱碳的各类新技术提供指导。不过，在当前及长期内，通过本文探讨的解决方案、高效的建筑与设计，以及通过燃料转换减少该行业对化石燃料的依赖，仍可实现可观的脱碳效果。
