2050世界水泥可持续发展技术路线图

理念——环境零污染、电能零消耗、
三废零排放、天然化石燃料零消耗以 及废料废渣负增长。不难看出，“四零 一负”与２０５０技术路线图的基本观 念是相符的。现今，发达国家和我国 许多新型干法窑水泥企业集团均已 实现了环境零污染和三废零排放。水 泥工业的利废功能（废料废渣负增 长）也获得社会公众的认可与好评。 天然化石燃料零消耗在发达国家已 平均实现了１／３，我国正在起步阶段。 电能零消耗我国平均大致达到了１／ ５。关于电耗这一点，发达国家的技术 路线是更倾向于继续提高火电厂整 体的发电效率，而对改进水泥窑余热 发电效率研发的投入较少。从全社会
４０ｋＷｈ，但要实现５０ｋ矾或更高，尚
需继续努力。按照我国现有各方面的 资源和水平，经过努力是有望达到这 一目标的。对Ｋａｌｉｎａ循环进行探索试 验或许是在不增加熟料热耗（一＜７５０ｘ ４．１８ｋＪ／ｋｇ）的前提下将吨熟料发电量 提升到５０ｋＷｈ（或６０ｋＷｈ）的途径之 一。笔者赞同这项试验并希望成功。 ２．５最后一项，实际上也是最经常最 重要的一项发展目标就是节能减排
通讯地址：丹麦史密斯公司北京代表处（作者系中国水泥协会高级顾问），北京１０００２９； 收稿日期：２００９—１２—２４；
２０１０／１水泥技术
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万方数据
编辑：沈颖
应该强调指出，所谓ＯＰＣ向混 合水泥转变，多掺混合材替代熟料， 必须遵守确保水泥性能不降低或受 损害的前提条件。我国水泥中混合材 掺入量平均为３０％，其中新干水泥中 平均约２０％，而落后的“小水泥”中则 平均高达４０％或更多。这是有一部分 “小水泥”因逐利而无视水泥性能和 国家标准，多掺滥掺所谓的混合材而 造成的。显然，这种现象非但与上述 的混合材深度加工，多生产混合水泥 的理念风马牛不相关，且应予取缔。 ２．２全面推广采用各种可燃工业废 料和生活废弃物替代化石燃料来生 产水泥熟料，替代率达到９０％以上
该领域的内容主要有三个方面： 其一是广泛研究采用具有水硬性或 胶凝性潜质的各种工业废料，例如矿 渣、粉煤灰、冶炼渣、化工渣、矸石等， 进行深度加工用以替代部分水泥熟 料，生产少熟料水泥（混合水泥），甚 至是无熟料水泥。这也可以理解为往 水泥中多掺混合材，用混合材替代部 分熟料。其二是研发各种水泥和混凝 土的外加剂与改性剂，用以弥补提高 水泥混凝土的性能，满足多样性的需 求。其三是开拓纳米技术在水泥基建 材中的研究应用。
料ＣＯ：排放量比纯粹烧煤的将削减 近一半。
这个美好的前景，欲付诸于工业 规模的实施，实际上还需要克服不少 障碍，尚待时日。首先是阳光（或替代 光源）；第二是藻类的培育和供应；第 三是光合过程的占地，等等。在现有 科技与装备水平的条件下，按照荷兰 Ｂｉｏｋｉｎｇ公司、ＡｌｇａｅＬｉｎｋ公司和美国 ＧｒｅｅｎＳｈｉｆｔ公司等的报价资料，与一 台２５００ｌｔ／ｄ水泥窑相配套的藻类生物 燃料联合生产装置，其投资估计为 ４．８亿元，占地近２０公顷。显然，如此 高昂的代价，说明它还有许多必须大 幅改进之处，否则就难以推广应用。
但是，把实现水泥和生物燃料工 业规模联产的目标设定在２０５０年以 前完成比较可行，是有一定把握的。 ２．４水泥窑废气余热发电
对于水泥窑废气余热发电这一 措施在世界工商理事会和水泥促委 会最初的２０５０水泥路线图草稿中只 是提了几旬，并未与前三条路线并 列。这里是笔者结合我国水泥工业的 实际情况建议增补的，仅供参考。
在生产水泥的整体过程中，从原 料矿山采掘开始，经过生料粉磨，熟 料烧成、冷却，水泥粉磨等等一系列 的工序，一直到水泥装运出厂，每一 个环节都需要不断地科技进步，研发 创新，即便是现今最先进的预分解窑 水泥技术将来总会被更先进的装备 ２０１０／ｌ水泥技术
万方数据
技术所取代，例如，或许是熟料流态 化煅烧，管道式熟料浓相烧成，物料 自磨粉碎等等。所有这些科技创新都 会给水泥工业甚至水泥本身带来革 命性的演变和进步。然而，对于这种 “颠覆性”的创新是否可能在２０５０年 之前发生，目前多数专家学者的看法 都倾向于“尚未见曙光”。
如今水泥窑余热发电在我国如 火如荼，现已作为我国水泥工业节能 减排最成功的主力举措，但何以在欧
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ＣＥＭＥＮＴ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ １／２０１０
美却始终未受青睐？其根本原因在于 我国火电厂的发电效率平均约３５％， 远低于美国的５５％、西欧和北欧的 ５６％。发达国家现今普遍应用超临界 发电技术，而我国还有２５％左右的落 后电厂，电价很贵。以美国为例，其电 价每度约４美分，水泥售价每吨约９０ 美元；而我国电价超过０．６元一度，水 泥不到３００元一吨。电价与水泥价之 比值，我国是美国的５倍，欧盟的４．５ 倍。因而在欧美，水泥窑余热发电如 果不能达到吨熟料５５—６０ｋＷｈ以上 的话，水泥厂就不会采用，否则还不 如买电更经济。
能力和核心竞争力，把握未来的市场 机遇与发展空间。
此外，对于传统产业而言，产业 技术发展路线图又是一个系统诊断 工具，可以帮助人们找出产业链中的 薄弱环节，而这些薄弱环节往往正是 其“利润池”之所在。 ２ ２０５０水泥工业发展技术路线图
国际能源机构（１ＥＡ）、世界工商 理事会（ＷＢＣＳＤ）和水泥促进委（ＣＳＩ） 组织全球著名的水泥公司和水泥装 备公司，以及各国专家学者共同研究 初步商讨得出的从现今至２０５０年期 间，世界水泥技术发展的路线图，包 含下列４—５个同时进行的方向、途径 和目标。 ２．１ 由生产普通波特兰水泥（ＯＰＣ） 转向生产混合水泥
原定２００９年５月澳大利亚将有 一台６００ｔ／ｄ水泥窑与一套藻类生物 燃料生产装置实现联产试验，后因世 界经济危机而暂停了。最近据悉，该 项试验有望２０１０年重启。此外各种 各样的创新和改进也在不断地涌现， 例如立式光合反应塔、新型ＬＥＤ替 代光源等。总之，这项技术尚属初期 阶级。发展空间和变数也较大，有待 不断完善和创新。
据悉，关于这些指标的意见目前 尚比较分散，然而节能减排却是推行 绿色经济低碳经济不可或缺的重要 措施，关键在于如何商讨研究确定科 学可行的目标。原拟定于２００９年底 出台的２０５０世界水泥发展路线图 （讨论稿），由于诸多原因，将延至约 ２０１０年６月发布。 ３结语
１９９７年笔者论述水泥工业可持 续发展占用以及生产成本等因 素的考量，现在比较看好的生物质原 料是藻类。综合诸多已公布的研究试 验的初步成果，理想情况下，未来水 泥工业与生物燃料的联合生产粗线 条的组成，如图ｌ所示。
藻类在光合作用中具有吸碳固 碳功能，与水泥窑废气中的ＣＯ：形成 互补，而且水泥窑废气中ＣＯ：的含量 为２３％左右，比火电厂（约１２％）的 高。这样生成的生物燃料主要是中低 级生物柴油及残渣，其数量足以全部 替代水泥窑所需的燃料。实现熟料烧 成对天然化石燃料的零消耗。在生产 熟料的同时还有少量高级生物柴油 和氧气产出。当然有一部分剩余的 ＣＯ，还得排放或设法处置，不过吨熟
生物质燃料是可再生能源，是近 年来国际上开拓研究的一种新能源。 最初（２０００年前后）是旨在生产生物 柴油用以替代石油，因为在生物柴油 的生产过程中除了生物质以外还需 要ＣＯ：，从而促发了水泥工业对这项 新能源的积极响应。
２００５年，生物质燃料与水泥工业 开始结缘进行科技合作，研发创新。 这方面目前较先进的国家有荷兰、澳 大利亚、美国、德国、以色列和印度， 我国与荷兰已有科技合作项目，中试 基地正在筹建。
这里暂且在现有预分解窑水泥 技术的基础上，对２０５０水泥路线图 的节能减排目标，笔者提出全球平均 先进指标主要如下：熟料热耗２２９９－ ２５０８ｋＪ／ｋｇ；熟料电耗３５－４０ｋＷｈ／ｔ；水
泥粉磨电耗１５～２０ｋＷＭ；水泥综合 电耗５０—６０ｋ胁／ｔ（当熟料水泥比为
６５：１００时）。２０３０年吨水泥产出的 Ｃ０２小于５００ｋｇ（ＣＳＩ初拟），其中有相 当一部分将被储存起来而不排放于 大气中。
２００９年９月在德国召开的第６ 届ＶＤＺ国际水泥大会上，国际能源 机构（ＩＥＡ）、世界可持续发展工商理 事会（ＷＢＣＳＤ）和水泥工业可持续发 展促进委员会（ＣＳｌ）向一些专家征询 了对草拟中的（２０５０世界水泥工业发 展技术路线图》（讨论稿）的意见。
兹将有关动态以及国内外最新
的信息一并述评如下，供我国水泥界 参考研究。 １ 科技发展路线图的特征与功能
从环境安全和技术经济层面上 看，水泥工业协同燃烧可燃废弃物， 现今已经是一项环境安全、经济合 理、工艺成熟的实用技术（ＢＡＴ）。许
图ｌ 水泥与生物燃料联合生产示意图
多发达国家很可能在２０２０年左右， 对化石燃料的替代率就能达到９０％ 以上。而对全球水泥工业来说，２０５０ 年其替代率达到９０％虽是一项较艰 巨的任务，但是有望完成。 ２．３加紧生物质燃料研发，实现工业 规模应用
该领域的主要任务有两方面，首 先是确保环境安全和各种有害物（呋 喃、二恶英、重金属等）的排放必须符 合严格的环保标准；不允许产生二次 污染；不能影响熟料品质和水泥窑系 统的运转率。其次是与全社会的其他 行业一起建立各种废弃物回收利用 的物流产业链，尽量减少废物产生， 完善回收再利用体制，实现循环经 济，充分发挥水泥工业的利废功能。
２０５０世界水泥可持续
发展技术路线图
Ｒｏｕｔｓ Ｍａｐ ｏｆ Ｃｅｍｅｎｔ￥ｕｓｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｉｎ ２０５０ Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ
口口高长明
中图分类号：ＴＱｌ７２．８
文献标识码：Ａ
文章编号：１００１—６１７１（２０１０）０１－００１７—０３
２００９年６月中国科学院发布了 我国科技战略研究发展路线图系列 报告《创新２０５０：科技革命与中国的 未来》，涵盖１８个科技领域，科学出 版社已出版了１５卷。其中与水泥工 业直接有关的主要有能源、矿产资 源、生态与环境、生物质资源、先进制 造、先进材料与纳米等７个领域。
这样水泥工业就可以节省大量 不可再生的天然化石燃料资源，减少 吨熟料的Ｃ０：排放，降低熟料生产成 本。同时又为社会妥善地消纳了一部 分废弃物，为环境保护作出贡献。
在过去的２０多年间，世界水泥 工业采用废料替代燃料，从少量的试 验起步开始，一直发展到现今在许多 发达国家已较广泛地进行工业规模 的应用，成效显著。２００８年德国水泥 工业按全国熟料热耗计的替代燃料 对化石燃料的替代率已达５８％，荷兰 ８１％，法国”％，比利时５０％，瑞典 ２９％，捷克４５％，美国２４％，日本 １２％。许多发展中的新兴国家，包括 我国，近年也正在启动推广之中。