高长明：2050年世界水泥可持续发展技术路线图

　　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、纳米等7个领域。

　　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（CSI）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。

　　科技发展路线图的特征与功能

　　科技发展路线图最重要的特征首先是高度的概括性和高度的综合性，其次就是相对科学准确的前瞻性。

　　科技发展路线图是用简洁清晰的图形、表格、文字等描述技术进步的发展方向和步骤，其主要功能包含：预测未来市场所需的新产品、新工艺、新技术、新装备；瞄准目标，确定须要重点研究的关键科学与技术；指明科技研发的方向和途径，组织行业协作，配置研发资源，作出科学决策；寻求知识共享技术协作的新伙伴，减少科技创新的风险，提高创新能力和核心竞争力，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，而这些薄弱环节则往往正是其“利润池”之所在。

　　2050年水泥工业发展技术路线图

　　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（CSI）组织全球着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6个同时进行的方向、途径和目标。

　　1、由生产普通波特兰水泥（OPC）转向生产混合水泥

　　该领域的内容主要有3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。

　　自从进入本世纪（2000年）以来，国际水泥界在以上3方面已有一定的进展，水泥中混合材的平均掺入量各国均有所提高。例如2008年美国已达8%、日本13%、德国15%、法国17%,逐渐多掺混合材的趋势正在不断研发之中。各种水泥混凝土外加剂和改性剂的应用也在向着纵深发展。2002年成立的欧洲水泥基础研究合作组织（Nanocem）在熟料和混合材的微米、纳米级性能研究与混凝土外加剂研究方面已发现若干重大突破的苗头，前景令人期待。

　　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，超标多掺、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及，而且应予制裁取缔。

　　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

　　该领域的主要任务有两方面：首先是在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。

　　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CO2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，为环境保护做出贡献。

　　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工业规模应用，成效显着。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34%、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。

　　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⒐济合理、工艺成熟的实用技术（BAT）。许多发达国家很可能在2020年左右，其对化石燃料的替代率达到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，但是有望力争完成。

　　3、研发应用CO2捕集技术（CCS）大幅消减温室气体排放

　　关于CO2的捕集与储存技术现今在技术层面已获基本解决。问题在于成本太高，同时储存地的选建费用也受各国的情况不同而有较大差异。因为水泥工业单位产品（熟料）CO2排放量特别大，加之作为经济实用的大宗建筑材料，在今后半个世纪内人们预计水泥还难以被其他的新型材料所取代。所以水泥工业开发应用CO2捕集储存技术是具有现实意义的，是符合水泥工业的发展需要的。

　　在已有的技术基础上，现今水泥工业可以继续研发的CO2捕集方法有从传统熟料煅烧后的废气中分离捕集CO2的，还有就是采用富氧（或纯氧）煅烧熟料，将高浓度CO2的废气直接捕集储存。前者须要事后从废气中分离CO2，后者则须要事前制备好O2。就目前的技术装备水平而言，采用CO2捕集每吨水泥所增加的成本，传统煅烧（前者）方法为35欧元~60欧元，富氧煅烧（后者）方法为10欧元~20欧元。

　　根据欧洲水泥研究科学院（E鄄CRA）的预计，CO2捕集技术在世界水泥工业的实际应用大致会开始于2015年，到2030年可能推广到50%以上的水泥企业。届时CCS的投资约为1亿欧元~3亿欧元（与年产200万吨熟料线配套），单位熟料增加生产成本10欧元~50欧元。到2050年时CCS可能应用于90%以上的水泥企业，CCS的投资将降到0.8亿欧元~2.5亿欧元，吨熟料成本增加10欧元~40欧元。笔者曾问询过这些数字是如何估算的，看来只是一个大框框的范围，仅供参考。