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生活垃圾能否成为中国水泥业的替代性燃料?

随着全球水泥产量的持续增长,中国有望通过新技术改善垃圾管理,同时减少水泥行业的碳排放。

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广东清远的水泥厂。图片来源:Alamy

如果将水泥业视为一个国家,那么它将成为第四大二氧化碳排放国,全球排放量的7%,与印度占比几乎相同

中国是主要的水泥生产国,这种粉质物连同沙子、砾石和水一起混合制成混凝土。2011年至2013年期间,中国的水泥产量超过了美国二十世纪的水泥总产量。

China Makes More Cement Than The Rest Of The World

中国水泥行业的能效已有所提升。2017年,中国水泥产量全球总产值的57%,但排放仅占52%。然而,与采用碳捕集与封存(CCS)等创新性技术实现的减排相比,通过能效措施减少的排放量微不足道

莫特·麦克唐纳工程咨询公司的马德琳·罗林斯在今年早些时候接受“中外对话”采访时说:“从长远来看,我们要么需要为水泥行业建立碳捕集和封存(CCS)机制,要么寻找其他替代材料。”
 

不幸的是,大多数CCS技术仍处于发展初期。随着全球水泥产量预期将从今天的40亿吨增加到2030年的近50亿吨,行业迫切需要其他减排措施。

水泥带来的问题

从根本上讲,减少水泥行业排放的问题是化学问题。要生产熟料(水泥中的关键成分),就需要石灰(CaO)。最常见的生产方法是通过煅烧,将石灰石(CaCO3)在水泥窑中加热至1400°C左右,将其分解成石灰。这个过程会释放大量的二氧化碳,约占水泥生产总排放量的50%。

为了减少煅烧过程产生的排放,一种方法就是,用其他材料替代熟料在水泥中的比例,但是这些“新型水泥”尚未大规模投入商业使用。

通常来讲,近40%的排放来自加热水泥窑所燃烧的化石燃料(最后5-10%的排放来自运营和运输)。这意味着通过寻找替代燃料,可以大幅减少水泥的总体排放。在欧洲,水泥生产中天然气、生物质和垃圾衍生燃料的使用已增加至43%左右,但在中国,这一比例仍仅为8%左右。

替代燃料的类型非常重要,正如最近我们所看到的,出于对森林砍伐问题的关切,棕榈油作为生物燃料被欧盟认定为是不可持续的。在这种情况下,垃圾焚烧听起来是个不错的选择。与其进入垃圾填埋场、排放甲烷,还可能到达海洋,不如成为减少水泥行业排放的宝贵资源。

变废为宝

生产一吨水泥就会排放出一吨二氧化碳,这个数字非常惊人。据工程公司FLSmidth介绍,如果用垃圾加热水泥窑,垃圾的消耗量大约是煤炭的三倍,并且可以减少约10%的排放。

这并非开创性的技术,但是,与更好的垃圾管理体制结合之后,在水泥生产中利用垃圾所带来的好处(“共处理”)就不容小觑了。

鉴于中国的城市生活垃圾将以每年8-10%的速度增长,因此,增加水泥行业垃圾协同处理量应该会引起政策制定者的兴趣。威尔逊中心中国环境论坛的詹妮弗·特纳认为,垃圾是中国“反污染战争”的新前沿,这种针对垃圾管理的雄心给城市垃圾管理系统的完善带来了压力。

特纳说:“中国正在寻求解决其城市垃圾问题的方案。因此,我认为在目前改革的节点下,中国的水泥行业可能会越来越多地用垃圾替代煤炭。”

中国最大的水泥生产商已经着手开发将替代燃料引入生产的协同处理技术。华润水泥(CRC)在华南地区运营多个协同处理项目,中国海螺创投已与中国建材中国山水水泥签署了协议,以开发固体废物共处理技术。

但是,这些项目中很多侧重的是工业垃圾而非市政垃圾的协同处理上。家庭垃圾的水分含量较高,因此燃烧起来不如塑料等干垃圾效率高。由于中国城市经常将干湿垃圾混合在一起,使得后者的燃烧潜力无法得到充分利用。因此,各城市开展更完善的垃圾管理实践将有益于中国水泥行业开展废能转化。

a cement plant of the Shengwei Group in Tongchuan City, northwest China's Shaanxi Province
陕西铜川市的水泥厂。图片来源: Alamy


家庭垃圾管理

尽管中国的垃圾管理存在诸多问题,但针对这一挑战,一些公司还是开发出了可以处理高水分含量垃圾的协同处理技术。

据中国水泥行业生活垃圾处理的最新协同处理技术的主要设计师之一高昌明说,中国目前可进行协同处理的水泥窑有120个,其中只有53个能够处理生活垃圾,目前它们的年处理量为520万吨,仅占中国城市生活垃圾总量的2.5%。
 

当被问及当前的政府政策是否鼓励水泥生产商采用协同处理技术时,高强调了垃圾管理系统的重要性,例如7月份在上海推出的垃圾分类政策。

“更完善的垃圾管理系统可以减少对水泥窑所使用的生活垃圾的预处理成本。因此,如果能进一步加强垃圾管理,使用协同处理技术的水泥厂将受益匪浅。”
 

无论是尝试处理家庭垃圾还是减少水泥行业的排放,减轻对环境和健康的损害最有效的方法始终是“减少”而不是“再利用”。换句话说,就是减少我们生产的废料和混凝土。

同时,水泥行业协同处理技术的发展可以帮助中国减少对煤炭的依赖,同时处理大量的垃圾。

 

翻译:于柏慧

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