多路径协同实现碳中和水泥生产的减排潜力与成本效益分析

为应对水泥行业作为第二大工业温室气体排放源的挑战，加拿大研究团队构建了包含能源效率(EE)、燃料替代(FS)、替代原料(ARM)、新型胶凝材料(ABC)、碳捕集封存(CCS)和混凝土碳化(CAR)六类技术的评估框架。通过自下而上的技术显性能源模型分析表明，在2030年碳价达170加元/t CO2 e条件下，加拿大水泥行业可在2050年前实现碳中和，边际减排成本为-17至-34加元/t CO2 e，累计减排199-242 Mt CO2 e。该研究为全球水泥行业低碳转型提供了多技术路径协同优化的实证方案。

　　

在全球气候变暖加剧的背景下，水泥行业作为仅次于钢铁的第二大工业温室气体排放源，其碳排放量在2015-2021年间增长了15%，达到2.5 Gt CO₂
e。加拿大作为承诺2050年实现净零排放的国家，其水泥生产占全球总量的0.3%，但碳排放强度居高不下，主要源于较高的熟料/水泥比和传统燃料依赖。现有研究多聚焦单一减排技术，缺乏对多技术路径协同效应的系统评估，且加拿大本土化减排路线图缺乏量化分析。

加拿大阿尔伯塔大学的研究团队在《Sustainable Production and Consumption》发表研究，首次构建了包含六类减排技术的综合评估框架。研究采用LEAP-Canada（低排放分析平台）建立自下而上的技术显性能源模型，整合了省级能源结构、电价和碳价数据，通过净现值分析和边际减排成本计算，评估了不同情景下的技术组合效果。研究特别关注了区域差异对技术选择的影响，并采用市场份额模型预测技术渗透率。

研究结果部分：

1. 技术验证：模型验证显示全国能源需求模拟误差仅1.8%，与政府统计数据高度吻合。加拿大水泥生产的平均热力强度为4.40 GJ/t熟料，高于全球平均水平的3.6 GJ/t。

2. 脱碳技术效果：

• 能源效率(EE)技术可实现20 Mt CO₂
  e累计减排，边际成本为负值
• 替代胶凝材料(ABC)中，含35%熟料替代的混合水泥(GULb35)减排潜力最大（48 Mt CO₂
  e）
• 碳捕集(CCS)贡献35-58%的减排量，全氧燃烧技术(FOXY)捕获率达95%

1. 碳中和情景比较：

• 最大累计减排情景：2043年实现中和，但能源需求较高（86 PJ）
• 低成本情景：2048年中和，边际成本-33加元/t CO₂
  e
• 市场导向情景(v=6)：生物质/氢混合燃料与CCS组合最优

1. 国际对比：加拿大因熟料/水泥比(85%)显著高于欧洲(65%)和中国(57%)，更依赖CCS技术。

讨论与结论指出，碳价是实现负成本减排的关键因素，各情景盈亏平衡碳价为50-120加元/t CO₂
e。研究首次量化了混凝土碳化(CAR)的补偿作用（抵消23%过程排放），强调其作为必要抵消机制的重要性。该研究为政策制定提供了三点启示：需加快CCS商业化、建立替代燃料供应链、开发碳化核算框架。论文通过多技术路径协同分析证明，在现行碳价政策下，加拿大水泥行业可在经济可行前提下实现碳中和目标，为全球同业提供了可借鉴的技术整合方案。