水泥行业正设定雄心勃勃的目标，以减少排放并向低碳未来转型。
多项前景良好的新技术，例如碳捕集、利用与封存（CCUS），有助于该行业实现脱碳。
政府支持和基于市场的激励措施对于加速转型至关重要。
向低碳水泥行业转型复杂且充满挑战，但对实现气候目标至关重要。
水泥行业脱碳从未如此重要。全球范围内，水泥约占温室气体（GHG）排放总量的7%，是地球上碳足迹最大的行业之一。我们的研究表明，全球水泥产量至2050年前将保持稳定，这意味着该行业必须立即采取积极行动，按照行业及全球目标减少排放。
但水泥尤其难以脱碳，因为其生产过程中的化学反应会直接释放二氧化碳。新型脱碳解决方案正在涌现，从碳捕集、利用与封存（CCUS）在熟料生产中的新应用，到创新材料及其他胶凝解决方案。然而，这些解决方案将显著改变行业内的价值分布。随着新商业模式的出现，不同解决方案的参与者和提供者预计将争夺市场份额。
对于希望在净零未来中占据一席之地的水泥企业而言，低碳产品将是成功的关键。但企业必须采取战略行动，才能在不断变化的市场中脱颖而出。本文概述了在脱碳方面最具前景的部分解决方案，包括低碳熟料、外加剂、创新胶凝材料以及材料循环利用，并探讨了进行绿色投资和围绕这些方案构建商业模式时需考虑的因素。水泥生态系统中的企业如何组合与平衡这些解决方案，很可能将决定该行业的脱碳路径，以及哪些企业将随时间推移获得竞争优势。
迈向更绿色水泥行业之路
水泥和混凝土行业已设定新目标，以降低甚至消除排放，例如全球水泥和混凝土协会（GCCA）所设定的目标。这些目标旨在到2030年，相较2020年水平，每吨水泥的二氧化碳排放量减少20%，每立方米混凝土的二氧化碳排放量减少25%。GCCA呼吁到2050年实现完全脱碳。
过去几十年来，水泥企业一直依靠传统手段减少排放，例如提高燃料效率，以及以更可持续的选择替代熟料和传统燃料。然而，要在2050年实现净零排放，2021年至2050年间的年度资本支出将需要几乎翻倍，平均达600亿美元。这些成本，以及开发新型脱碳技术和工艺的成本，使行业企业在采用更新的创新技术时较为谨慎。
有几项因素可帮助缓解这些成本负担。例如，水泥企业可受益于绿色溢价。我们的分析表明，短期内，低碳水泥的供应不太可能跟上那些设定了雄心勃勃二氧化碳目标的终端消费者日益增长的需求，尤其是在欧洲。这可能会推动水泥短期内出现绿色溢价。我们已在当今若干市场看到需求上升；例如，Hoffmann Green Cement Technologies 正为其新产品获取高额溢价，而 Cemex 也为其低碳混凝土产品获取溢价。随着更多低碳材料面向终端消费者提供，尤其是在欧洲，这些溢价预计将会下降。
此外，支持性监管有助于加快脱碳进程。例如，美国《通胀削减法案》（IRA）中的45Q税收抵免为2033年1月前启动的项目提供CCUS技术的税收激励。同样，欧盟创新基金通过资助创新技术，支持欧洲的行业脱碳。
实现净零排放的创新路径
有四条路径在有效针对水泥中碳密集环节并减少混凝土中水泥用量方面展现出特别的前景。尽管其中部分解决方案仍需进一步开发才能规模化，但每一条路径都具有显著的减排潜力。
借助CCUS实现的低碳熟料
熟料是用作水泥粘结剂的中间产品，是水泥产品的核心组成部分，但其生产过程排放量很高。低碳熟料利用CCUS技术，在碳排放释放前对其进行捕集和管理。除完全摆脱熟料外，CCUS是目前唯一已知能够解决熟料生产过程排放问题的技术。理论上，CCUS甚至可以帮助生产净零排放的熟料。许多熟料生产商已在着手实施CCUS，但这些技术往往成本高昂，且在行业内尚未经过规模化验证。因此，CCUS主要由规模较大的现有企业进行探索。此外，CCUS通常仅在少数地区具有经济可行性，这些地区须具备封存容量或捕集碳的出路（例如将矿化碳用于应用场景）、政府支持以及价格可承受的可再生能源，其中可再生能源对熟料生产尤为重要。
在某些地区，现有企业正探索对现有资产进行改造，若运输和封存能力以及现有工厂所需空间均具备，这种做法可能更为合理。此外，随着在优势市场建设新的净零大型工厂，借助CCUS的低碳熟料可能会更加普及。此类市场包括美国拥有廉价可再生电力和IRA支持的地区，以及欧洲拥有可再生资源、二氧化碳汇、支持性监管以及可向更广阔欧洲出口的能力的地区。企业可能需要重组其资产战略，以便在继续服务现有市场的同时，从这些市场的优势中获益。这可能涉及在大型工厂生产低碳熟料，然后将其运往当地市场并在当地进行研磨。除了选择进入的市场，水泥企业还可以通过在物流中应用人工智能并利用更大规模的工厂（年产能在400万至600万公吨之间）来受益于规模经济。经过战略性建设的大型工厂，可能将低碳熟料的生产成本降低多达60%，使其成为更具经济可行性的选择（图表1）。
外加剂
外加剂是添加到混凝土中以改善其性能（例如耐久性和和易性）的物质。它们还能减少混凝土中所需的水泥用量，既降低了与水泥相关的成本，也减少了混凝土的碳足迹。根据我们的分析，在现行标准下，外加剂有潜力将混凝土中的二氧化碳排放减少多达30%，在更新后的标准下则可减少多达50%。通过减少所需水泥的用量，额外的外加剂可使混凝土成本保持稳定。外加剂还能提高混凝土的再生利用水平，并支持纤维增强的使用。
然而，目前有若干障碍阻碍了外加剂的广泛应用。不同的混凝土应用需要不同类型的外加剂，而掺入不同的混凝土配比会使施工在规划和执行上更为复杂。此外，关键利益相关方对外加剂的脱碳潜力认识可能有限。在水泥资产回报可观的市场中，对于综合型现有企业而言也存在转型挑战，这些企业需要颠覆自身的商业模式，才能增加预拌混凝土（RMC）中外加剂的使用。
创新胶凝材料
替代性胶凝材料，例如低碳水泥或地聚合物混凝土，历来难以规模化。然而，当前的投资趋势和快速的技术进步，使初创企业能够以低碳产品颠覆替代胶凝材料领域。
特别是，辅助性胶凝材料（SCM）为显著降低传统水泥和混凝土的碳足迹提供了前景广阔的途径。传统SCM，例如粉煤灰、粒化高炉矿渣粉（GGBFS）和硅灰，可用于部分替代水泥中使用的熟料或混凝土中的水泥含量。这既能带来可持续性效益，也能带来成本效益，但SCM通常未得到充分利用。在许多市场中，地方和区域标准会根据水泥的水硬性和胶凝性能限制水泥中传统SCM的用量。例如，欧盟将粉煤灰的用量上限限制为35%，而美国则限制为40%。煅烧黏土、石灰石和再生混凝土等新型SCM可能需要重新评估这些标准，以最大限度地发挥水泥和混凝土的性能与脱碳潜力，尤其是在传统SCM供应日益减少的情况下。
材料循环利用
循环经济旨在通过在生产中使用较少的原生水泥（进而减少熟料用量），将混凝土的环境影响降至最低。为提高循环利用率，水泥和混凝土企业可采取诸如再利用混凝土废料以及在新混凝土生产中掺入再生材料等策略。
随着材料循环利用程度提高，与拥有窑炉（当前的主要控制点）相比，拥有拆除业务、废料流和分拣技术的重要性将日益凸显。因此，专注于废料流管理的初创企业以及负责监管建筑项目废料的基础设施公司等新参与者，正进入胶凝材料领域。然而，废料运输和处理带来了物流挑战，限制了规模化，并使废料价值链高度本地化。
尽管这四条路径相互补充，但它们将在增长和投资方面展开竞争，且各市场采用这些路径的速度可能存在显著差异。在价值链下游，新型外加剂和回收利用可能创造巨大价值，尽管回收利用难以规模化。位于中游的水泥企业需要平衡CCUS驱动的低碳熟料与创新胶凝解决方案，以便在不同技术逐步成熟的过程中实现近期和长期的成功。其选择将由成本驱动，并受到监管机构、行业组织以及正在推动脱碳路径建设的规范制定者的促进。
把握这些机遇的新商业模式
在未来几年，胶凝材料生产商以及解决方案和服务提供商将需要选择其希望采用哪些战略和商业模式，以追求净零水泥。我们的分析确定了胶凝材料生产商和解决方案提供商未来可能采用的九种商业模式，涵盖从全新方式到对现状的小幅调整。这些商业模式大多围绕特定解决方案构建，该方案专为应对特定需求而量身定制。与此同时，许多此类商业模式具有互补性，可以结合使用以实现更大程度的脱碳。
胶凝材料生产商
随着行业脱碳，一种新的胶凝材料生产商格局可能会出现，以争夺市场份额：
低成本传统水泥企业。随着低碳选项占据更大市场份额，最后仍生产传统水泥的生产商预计将是专注于降低成本的企业。这些企业很可能是在脱碳较慢市场中的中小型企业，它们选择充分利用传统手段，包括最大限度提高能效和使用替代燃料。
改造型低碳水泥生产商。现有水泥生产商可以通过利用CCUS等脱碳技术进行改造，生产低碳至净零碳的水泥。这些可以辅以胶凝解决方案，例如提高SCM与熟料的比例。
低碳熟料和水泥颠覆者。颠覆者预计将以低碳熟料和水泥产品进入市场。配备CCUS能力的新型熟料大型工厂和研磨设施可以生产净零排放水泥，但使用低碳熟料的水泥产品，其排放量可能因所用原材料组合和生产工艺的不同而有所差异。这可以通过包销协议以及与具有前瞻性的房地产开发商和承包商的直接合作来促成。
专注于二氧化碳货币化（矿化）的专业企业。另一个新兴领域是通过矿化实现二氧化碳的货币化。专业企业可在制造和养护过程中，将二氧化碳或碳化的再生废料用于骨料和SCM中，或直接用于混凝土生产。
创新型SCM生产商。专注于新工艺和新材料的企业可提供SCM，作为熟料的部分或全部替代品。这些企业可能是挑战者，也可能是现有企业的现有供应商。该领域的企业还有机会授权其技术。
解决方案及服务提供商
在胶凝材料生产商应对材料转型之际，其他具有前瞻性的企业将有机会找到为其提供支持的商业机会。这些解决方案提供商可提供低碳熟料、填料和特种水泥混合料，这对改造型低碳水泥生产商而言至关重要。这些产品可降低水泥和混凝土制造环节的脱碳成本，同时实现材料的最佳性能以及尽可能低的二氧化碳足迹。
随着企业创新定制化解决方案以满足客户需求，一批胶凝解决方案提供商可能会涌现：
建材回收商。这些企业将拥有建筑和拆除废料，控制新建筑的重要原材料来源。
CCUS即服务提供商。新兴企业可提供端到端的CCUS能力，涵盖碳捕集装置的技术与运营、二氧化碳的封存以及运输至碳汇。
建筑化学品解决方案提供商。新老企业均可开发创新化学品和添加剂，使水泥中胶凝材料占比更高、混凝土中水泥用量更少、混凝土可回收性更强。例如，Sika宣布与瑞士洛桑联邦理工学院合作开展LC3项目，以减少水泥中所需的传统熟料用量。
预拌混凝土配比优化平台企业。新平台可提供基于数据的软件即服务模式，用于预拌混凝土配比优化，这可能降低制造商对特定水泥类型的依赖。此外，采用这些模式的技术导向型平台企业，可构建相对资本密集度较低的业务。
面向未来的经验启示
哪一条路径或商业模式将胜出，目前仍无定论，但对于水泥行业企业和解决方案提供商而言，已浮现出若干清晰的信息。
在能源转型中，现有企业需要在CCUS与胶凝材料驱动的方法之间做出权衡，通过组合多种技术来实现脱碳目标，并对长期哪种方案将胜出进行风险对冲。根据其战略，现有企业可以采取措施确保传统SCM和更环保材料的来源，或者可以创新或收购新型SCM。现有企业在投资低碳熟料大型工厂方面也拥有更大的自由度，这可能在未来证明是一项强大优势。
创新者可借助技术合作伙伴关系，开发水泥和混凝土中的新型SCM及外加剂。这些新型SCM有望以更高比例使用，从而赢得销量与利润率优势，并可能催生基于绩效的新定价安排，因为用量更少即可实现相同价值。监管定位和认证将是这些努力的关键。
要实现净零排放，水泥行业需要积极付出努力。这将是对以往运营方式的真正变革，而着手培养这种能力的时机就是现在。如果现有企业和颠覆者能够在创新技术和商业模式上进行战略性投资，他们将有望在未来的行业格局中处于领先地位。
