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【評析】【全球】IEA水泥追蹤報告

2022/3/18 上午 12:00:00

【作者】劉毅弘

 

國際能源署《水泥追蹤報告》,著重於追蹤水泥業實現國際氣候與可持續能源目標的情況,提供有關全球水泥業實現淨零排放目標所需的策略與建議。內容重點包含:2020全球水泥產量、水泥生產熱能強度、全球熟料水泥比、碳捕獲技術、全球水泥和混凝土協會的目標,以及實現碳中和需要強有力的政策配合等。《水泥追蹤報告》可提供水泥業界人士有關全球水泥節能減碳進展的參考。

 

【重點摘述】

國際能源署《水泥追蹤報告》,著重於追蹤水泥業實現國際氣候與可持續能源目標的情況,提供有關全球水泥業實現淨零排放目標所需的策略與建議。內容重點包含:2020全球水泥產量、水泥生產熱能強度、全球熟料水泥比、碳捕獲技術、全球水泥和混凝土協會的目標,以及實現碳中和需要強有力的政策配合等。《水泥追蹤報告》可提供水泥業人士有關全球水泥節能減碳進展的參考。根據其內容進行重點敘述:

 

() 20192020年全球水泥產量小幅增長

1.中國水泥用量雖放緩,但為其他市場的用量增加所填補,預計全球水泥需求將小幅增長。

2. 減少水泥生產中碳排放的關鍵策略包括:提高能源效率、改用低碳燃料、提高材料效率(以降低熟料水泥比和總需求)以及運用碳捕獲封存技術等。提高材料效率與運用碳捕獲封存技術,對於2050年淨零排放情境的直接減碳貢獻較大。

3. 建築業對水泥需求推動了生產,因此是水泥業能源消耗和二氧化碳排放的重要來源。2020年全球水泥產量為42.81億噸,比2019年的41.97 億噸與2018年的40.58億噸有增加,主要是由中國與基礎設施相關的項目所推動。中國是最大的水泥生產國,約佔全球產量55%,其次是印度佔8%。[2]

 

() 2030年水泥生產熱能強度須大幅下降,至2050年前須擴大生質能源使用以實現淨零排放

1. 於2050年淨零排放情境,至2030年全球水泥產量相對持平。從長期來看,中國的產量可能會下降,但隨著印度、其他亞洲發展中國家及非洲地區基礎設施的發展,預計整體產量會增加。

2. 採用材料效率策略來優化水泥的使用,有助於減少整個建築業的需求,有助於減少水泥生產中的二氧化碳排放。因此,於2050年淨零排放情境中2030年需求比不採取措施減少需求的基準情境降低6%的碳排。

減少水泥需求的措施包括:優化混凝土混合物中水泥的使用、有效地使用混凝土、減少建築浪費,以及延長建築物和基礎設施的壽命。

3. 於全球範圍內,隨著乾式水泥窯,包括多級懸浮預熱器和預煅燒器取代濕法窯,以及使用高效研磨設備,熱能和電力的強度逐漸下降。

過去五年,全球熟料的熱能強度保持平穩,為3.4-3.5 GJ/ton。儘管在某些地區有所下降,但中國能源強度的小幅增加導致全球整體增加。化石燃料繼續為水泥業提供大部份能源,2020 年生質能源和生質廢棄物僅佔熱能使用的3%。

於2050年淨零排放情境,熟料生產的熱能強度每年下降0.8% 至全球平均水平 3.2 GJ/t,水泥生產的電力強度每年下降1.9%至84 kWh/t (不包括減碳技術所需的額外能源)。至2030年,生質能源和可再生廢棄物的比例將增長至15%。與此同時,基於化石原料的廢棄物(例如:廢輪胎、廢油、廢塑料等)佔燃料使用量的比例約為5%。

 

() 20152020年,全球熟料水泥比有所增加

1. 熟料是水泥的主要成分,其用量與水泥製造過程中產生的二氧化碳排放量成正比,這是由於熟料生產過程中燃料的燃燒和石灰石的分解。

2. 從2015至2020年,全球熟料水泥比以平均每年1.6%的速度增長,至2020年達到0.72;這一上升是該時期水泥生產的直接二氧化碳強度增加的主要原因。

儘管中國是全球最低的熟料水泥比之一,但其熟料水泥比於 2015-2020年期間從0.57上升至0.66。主要原因是產能過剩,這降低了更多混合替代熟料的動力,以及水泥標準的修訂。中國是全球熟料水泥比增長的主力,其他一些地區也溫和上升。

於2050年淨零排放情境中,至2030年,熟料水泥比每年下降 0.8%,全球平均水平為0.65,這是由於更多地使用混合水泥和熟料替代品,包括工業副產物爐渣和粉煤灰。

然而,從長遠來看,廣泛可用的替代熟料替代品,例如與石灰石結合的煅燒粘土,將變得更加重要,因為發電業與鋼鐵業的減碳將減少工業副產物例如:爐渣和粉煤灰的可使用量。

 

() 為了實現淨零排放,須積極推動減碳技術

1. 碳捕獲利用及封存對減少水泥業的二氧化碳排放重要,尤其是石灰石煅燒過程中的排放。雖然目前碳捕獲利用及封存技術的商業部署有限,但近年來已開始有水泥廠進行研發工作與先導測試。

2. 為了能於2050年前實現淨零排放,水泥生產的碳捕獲利用及封存技術應於2030年前逐步實現商業化。

 

() 全球水泥和混凝土協會的目標是至2050年實現碳中和,但也需要更強有力的政策配合才能實現此願景

1. 2020年9月,全球水泥和混凝土協會(由 40 家成員公司組成,約佔全球水泥產量的 40%)宣布承諾至 2050 年實現混凝土生產碳中和目標。這使得水泥成為第一個有全球協會設定淨零承諾的行業。2021年10月,該協會發布2050年淨零路線圖,為實現這一目標制定了路徑和實施計畫。

2. 需要創造政策環境,以幫助水泥生產商實現積極的二氧化碳減碳。為此,一些國家建立了涵蓋水泥業的碳定價體系:

(1)歐盟,水泥生產受到日益嚴格的歐盟排放交易體系的覆蓋,其價格於2021年下半年達到60歐元(70美元)以上。

(2)中國,碳排放權交易於2021年2月生效,初步僅涵蓋電力業,但計畫納入更多行業,專家建議最早可於2022年將水泥納入其中。

(3)其他涵蓋水泥生產的碳定價體系,例如:韓國的排放交易體系和加拿大碳汙染定價制度。

3. 許多能效政策也涵蓋水泥業。於印度,納入節能憑證交易(Perform, Achieve, Trade, PAT)計畫,這是2012年建立的一種市場機制,旨在提高能源效率。它的前三個週期現已完成,包含近200家水泥公司,估計共減少了1千3百萬噸二氧化碳排放(相當於印度水泥業一年燃料燃燒排放的20%)。由於週期是滾動實施的,因此後續三個週期目前正在進行中。

 

儘管如此,所有國家都需要採取進一步的政策努力,以實現至2050年水泥的淨零排放水平。各國將需要採取積極的綜合政策框架,以使水泥業的二氧化碳排放持續減量。

 

【評析】

針對「IEA水泥追蹤」所提及重點提出評析:

1. 水泥是重要的基礎材料,應用層面廣,主要使用於建築與基礎設施建設。水泥製程中生料準備、熟料燒成、水泥磨成等需要使用大量的熱能與電力,過程會產生二氧化碳排放。水泥業石灰石煅燒反應製程會產生二氧化碳,煅燒是生產活性成份熟料所必須的,約佔直接排放量的2/3。

2. 根據美國地質調查局統計數據顯示,2021年全球熟料產能為37億噸,全球熟料產能與2020年持平。2021年全球水泥產量為44億噸,較2020年有所增加。

3. 水泥業節能減碳的策略:

(1)技術性能的改進,包括:採用最佳技術、設備提早更新或重新利用及設備製程翻新(例如:將碳捕獲利用技術應用於水泥窯爐設施)等;

(2)能源效率的提升,例如:實施強制性能源效率標準,增加效率標準的設備覆蓋率;持續推動能源管理系統ISO50001建置等;

(3)材料效率的提升,包括各種措施,例如:改進最終產品的設計,減少製造過程中的浪費,延長產品的使用壽命以及產品的再利用等;

(4)燃料轉換與低碳燃料混合使用,例如:使用廢棄物能源與生質能源等。

4. 運用水泥窯處理地方與事業廢棄物,逐步提高替代原料與燃料使用比例,可兼顧水泥生產節能、環境保護及資源有效利用,促進節能減碳。

5. 提升能源效率與使用再生能源是全球節能減碳的根本,可加快實現國際氣候與可持續能源目標。能源效率是一項值得持續開發的資源,能源效率可帶來顯著的能源、經濟及環境效益。能源效率可以促進經濟發展,減少溫室氣體排放及改善能源安全。規劃能效政策與增加能源效率投資,可使得經濟發展與能效提升同步實現。

6. 運用數據分析、物聯網及智慧演算,可以優化水泥廠生産與監督管理流程,提高服務能量與管理效率。可以節能為先導,通過詳細能源數據分析,了解能源使用的方式和原因,實施最佳實務與行動,提高能效而獲得節能效益。有效的評估、監督、能源查核及執行對確保能效措施的實施重要,特別是在面對長期能源效率目標達成。

7. 碳捕獲可透過鈣迴路、化學吸收、物理吸附、直接分離或分離膜等技術而捕獲收集。碳捕獲與利用,需要持續推動研發應用以降低成本並加快部署。碳捕獲利用技術是把生產過程中排放的二氧化碳進行收集與純化,繼而投入新的生產製程,可循環再利用。碳捕獲利用可以將二氧化碳資源化,產生新的經濟價值,具有更高的應用性。

8. 2015至2020年,水泥生產的直接二氧化碳排放強度每年增加 1.8%。為了實現2050年淨零排放情境,至2030年每年直接二氧化碳排放強度須下降3%,所以2020至2030年還須努力。

9. 水泥業減碳可以關注兩個關鍵重點:降低熟料水泥比(包括透過更多地採用混合水泥)與部署新技術(例如:碳捕獲利用)。企業可以透過投資研發示範及採取減碳策略來實施,同時也需政府政策激勵與法規配合。

 

【資料來源】

[1] Tiffany Vass et.al., Cement, IEA Tracking report, November 2021

[2] US Geological Survey, Cement Statistics and Information


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