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　　從歐盟的路線圖上可以看到，除了水泥生產過程的碳減排，還要通過在混凝土的運輸和應用階段的再碳化中和掉114 kg。在水泥生產階段中和不掉的280 kg，可能還需要碳儲存和碳利用把它們中和掉。可見挑戰性也是不小的，因為碳存儲不是太容易，成本太高。作為替代方案，在散裝水泥隨后的建筑應用中，采用被動式零能耗或產能房的補充措施，或許是碳中和更加給力的一項舉措。

　　下面，沿著散裝水泥的全產業鏈、全生命周期，以定性為主，定量和半定量為輔，討論一下每個環節的碳中和技術和綠色發展可能對節能減排的潛在影響及發展方向。

　　1.散裝水泥綠色產業的原料制備

　　在散裝水泥原料選擇方面，盡可能利用各種廢棄物，諸如工業尾礦、建筑垃圾、市政垃圾、工業副產物和化工或冶金渣等固廢，千方百計減少天然資源的耗費量，這是國內外一直崇尚的綠色發展理念。

　　礦山資源的高效利用、綜合利用、搭配開采、吃干榨盡等，都是綠色礦山的最新發展態勢。建筑垃圾經過分級和超細粉磨，已經可以用于水泥的混合材，摻加量可以高達30%。市政垃圾如下水道污泥，可以作為水泥廠的原料和燃料(AFR)，在發達國家已經是成熟技術，國內也在先進工廠運行。工業副產品如脫硫石膏，早已成為水泥工業的緩凝劑。化工渣如電石渣，作為水泥原料，在國內已經建設了不少水泥廠。冶金渣如礦渣和鋼渣，也在水泥行業有多年的應用歷史了。鋼渣還有很大的潛力可以挖掘。煤矸石作為水泥或特種水泥的原料，正在醞釀更大的技術突破。從節能減排的角度看，原料多用廢棄物，包括替代原料和替代燃料，可以大幅度減少主要原料石灰石中的二氧化碳排放，包括水泥熟料量的減少，也可以減少化石能源的排放。

　　由于替代原料和替代燃料的減排潛力最大，在國內或許會等量，也可能會有超過歐盟減排數量(70+72 kg)的潛力;鑒于國內的熟料系數已經比較低了(約0.6)，減排空間有限;但是替代燃料的比例還不高(5—10%)，提升后，減排空間很大。歐盟先進的國家，比如德國，替代燃料的比率已經接近70%。因此，替代燃料和原料一項，國內的節能減排潛力空間較大。如果不走這條路線，生活垃圾都送到垃圾電廠去，弊病太大，恐怕已是一條無法挽回的錯誤路線。

　　2.散裝水泥綠色產業的生產過程

　　散裝水泥的生產過程，工藝上簡單說就是“兩磨一燒”：原料制備成生料需要磨一次，生料煅燒成熟料，再加點石膏和混合材粉磨一次就成為了水泥。

　　我國水泥工業正處于高峰期后的緩慢下行期間，自2014年水泥產量達到24.9億噸的頂峰后，到今后2030年的一段時間里，是一個逐漸下行的階段。2020年之前是一個在緩慢下行前的一個高位波動運行期間。2020年之后，下行的速度會加快一些。

　　我國生產了全世界50%以上的水泥，目前已經出現了嚴重的產能過剩。今后行業的總體發展趨勢是提質增效、減量發展，價格和質量齊升，數量逐步減少是大勢所趨。

　　從技術角度看，我國水泥行業今后幾十年發展的大趨勢有以下5大方向。

　　(1)超細粉磨和分別粉磨技術的革命，近期目標是優質水泥，終極目標是納米水泥;

　　(2)能源革命或替代燃料的革命，終極目標是大部分或100%取代煤;

　　(3)利廢原料或混合材的革命，終極目標是50%或在某些特種水泥領域100%取代天然原料;

　　(4)智能化的革命，終極目標是無人工廠;

　　(5)特種水泥或低碳水泥的革命，最終目標是大幅度減少波特蘭水泥的用量。

　　每個方向，都從不同的角度發力，最終都意味著大幅度的節能減排。如果上述幾個領域的技術都能夠突破，每噸水泥至少能減少一半以上的碳排放(譬如300—500 kg，都有可能)!

　　3.散裝水泥綠色產業的大流通

　　水泥出廠，進入流通流域;從袋裝改成散裝，節能減排效果顯著，綠色度增加;據測算，每噸散裝水泥要比每噸袋裝水泥減排45kg二氧化碳(蔣爾忠，2020)。從水泥廠到砂漿廠、預拌混凝土廠、預制構件廠、制品廠等，再從這些工廠流通到建筑工地或修路造橋的施工現場，繼續流通，做成最終的成品，包括建筑和交通基礎設施。等到這些建筑或交通基礎設施廢棄后，形成建筑垃圾，再作為原料，做成再生建材，進入新的一輪循環。在從散裝水泥的生產、流通、深加工、建筑部品和部件，到最終的建筑和交通基礎設施的終產品，乃至廢棄后的再生原料的全生命周期大循環過程中，每個環節都需要綠色發展和低碳發展。僅有包裝是散裝的單一環節綠色發展理念是不夠的，還要在生產、應用和廢棄的全生命過程中都要形成低碳發展和綠色發展的理念和產業形態。也就是水泥全生命周期的每個環節都要綠色，都不能中斷綠色發展理念，否則一個環節斷裂，整個系統就毀掉了。這就是全生命周期綠色發展理念，進而采用全生命周期評價(LCA)散裝水泥綠色產業科學性發展的重要性。

　　散裝水泥在流通領域，過去幾十年來，散裝水泥工作者做了大量工作;水泥散裝率從上個世紀80年代初的百分之十幾，發展到今天的67.5%(孫巖，2019)左右;目前仍以每年約一個百分點的速度向上提升，預計再有20年，全國平均水泥散裝率就可以達到90%以上，與發達國家水平持平。

　　散裝水泥即便達到了發達國家的水泥散裝率水平，也不意味著散裝水泥事業的結束;在散裝水泥的全生命周期綠色產業發展領域，還有更多的事情要做。

　　在散裝水泥流通領域，在綠色發展和低碳發展方面，還需要做的事情包括散裝車輛的低碳化，比如采用新能源的電動運輸車，混凝土或預制件的綠色輸送等，都要給予充分重視，應當及時提升到議事議程上。

　　其次是智能化和大數據等問題，也是低碳發展，提升運輸和流通效率的關鍵環節之一。

　　還有就是和散裝水泥綠色產業密切相關的輔助性膠凝材料、砂石骨料等混凝土制造用的輔助原料，三者加起來的物流量，要接近200億噸，其交通運輸和市場流通物質量十分巨大;如何做到低碳發展和綠色發展，都是不可以疏忽大意的，關系到重大的技術、經濟、環境和社會問題。

　　在流通和運輸環節，散裝比袋裝節能減排顯著;電動汽車替代傳統車輛，比燒汽油或柴油的車輛更加節能減排。這些綠色發展理念，都將逐步成為人們自覺遵守的綠色發展常識。

　　歐盟在低碳路線圖里，計劃在混凝土輸送過程，減少60kg二氧化碳;國內業界目前還沒有這樣的概念。

　　4.散裝水泥深加工的若干綠色產業

　　散裝水泥在形成建筑或交通基礎設施等最終產品之前，歷經了砂漿、預拌混凝土、預制構件、地下管廊、路橋材料和建筑部品、部件等諸多中間產品階段。這些材料，每隔幾年都面臨著升級換代、形式改進和質量提升的問題。

　　從目前已經出現的最新技術發展趨勢，可以看出砂漿領域已經出現從普通砂漿向隔熱、保溫、防水、防腐、裝飾藝術和修補等多功能砂漿方向發展;品種也從普通的水泥砂漿，向石膏、石灰和混合砂漿等方向發展。

　　隨著裝配式建筑和被動式建筑的出現，預拌混凝土目前正在向預制建筑和被動式裝配建筑需要的專用混凝土性能要求方向發展，包括高性能混凝土、高質量混凝土、自密實混凝土、結構自防水和結構自保溫等功能性混凝土。

　　對于地下管廊、路橋材料和海洋工程材料等領域，特種混凝土的需求量也與日俱增。還有其他各個種類的混凝土材料，都在向提高質量和提高性能等方向發展。最終的結果，都是要在提高性能的同時，延長壽命，減少單位性能(功能)的能耗、物耗，提高效率、降低成本，使單位產品的性價比最高化。

　　提高質量和效率，意味著資源效率的提升，經濟發展質量的提升，技術、管理、裝備和產品的升級換代。

　　每個產品通過技術進步，比如延長產品的功能或使用壽命，都會帶來巨大的節能減排。在其它條件相同的情況下，產品壽命延長一倍、兩倍或三倍，就意味著節能減排一倍、兩倍或三倍;產品性能或功能提升一倍、兩倍或三倍，也意味著節能減排提升一倍、兩倍或三倍。

　　從碳減排的角度來衡量，需要發展石灰砂漿或水硬性石灰砂漿;石灰屬于氣硬性膠凝材料，是散裝水泥的另類輔助性膠凝材料。發展石灰砂漿或石膏砂漿的道理在于，一是石灰砂漿在使用中被認為是碳吸收的，全生命周期更趨于碳中和。二是石灰砂漿或水硬性石灰砂漿的長壽命，使得在全生命周期內平均每年的碳排放減少到最低程度。三是石灰或石膏的生產都是在較低溫度下形成，與水泥比較，可以節省更多的能量，因此減排量也比較多。可惜，國內對前兩種綠色材料的開發還沒有深入的進展。

　　高質量、高效率、高性能或高功能和長壽命，是對這些散裝水泥全產業鏈中間產品綠色低碳發展的共同要求。

　　在深加工階段，所需能源都將不斷增加可再生能源的份量，并提高能源效率，節能減排主要是減少中間產品間接排放的比重。

　　在散裝水泥后續綠色產業深加工各個環節，一般沒有工藝過程的直接排放，但是存在間接能源的使用。間接排放也是要控制的，倡導使用綠色能源，節能減排，通過提高質量、延長壽命、增加功能和提高效率等手段，實現間接減排、相對減排，也是潛力巨大的市場，大有文章可做。比如把質量提高一倍、壽命提高一倍或效率提高一倍，在其他排放條件都相同的前提下，通過單位GDP或工業增加值的成倍提升，就可以減少碳排放50%以上。現在做的自主相對減排，就是在這樣的排放前提下計算出來的結果，盡管絕對排放量還是在逐年增長。2030年后，就要改變這種情況了;屆時將要實行真正的絕對減排，和發達國家一樣。

　　5.散裝水泥綠色產業的主要終產品

　　散裝水泥經過生產、運輸和深加工成半成品或部品部件，最后再輸送到建筑工地或交通基礎設施的施工現場，最后變成建筑房屋和交通基礎設施終產品。對于原料，盡可能少用天然礦物，盡可能利用二次資源(特別是各種活性固廢資源);生產過程則通過綠色工廠，以最低的能量和資源消耗，生產出高質量的水泥產品;然后通過綠色交通，綠色深加工產品，將散裝水泥再次輸送到建筑和交通基礎設施建設工地，制造出零能耗綠色生態的被動式裝配建筑或長壽命的基礎設施。

　　在最終建筑產品的使用過程中，根據全產業鏈和全生命周期的綠色發展理念，強調被動式零能耗或產能房概念，使得散裝水泥最大的制成品建筑不但不消耗能量，還會生產綠色能源，將每個房子都變成為一個發電機，會極大地減輕散裝水泥全生命周期的環境負荷或減排壓力，即碳排放的足跡。有可能減輕碳捕獲或碳利用的壓力，這項發現是被動式超低能耗建筑在中國的發展過程中，由中國散協被動式裝配建筑委員會和中國被動式集成建筑材料產業聯盟首先提出的創新型發展路徑。只有利用全生命周期的評價方法和發展理念，才能夠拓寬視野，有利于解決中國水泥工業在2060年之前實現碳中和的問題;也為世界水泥工業在2050年前實現碳中和與綠色發展貢獻中國的力量和智慧。

　　在交通基礎設施領域，將注重發展高性能(高功能)和長壽命基礎設施。同樣，可以和交通工具的綠色發展一樣，為實現碳中和及低碳發展和可持續發展做出積極貢獻。

　　長壽命建筑和基礎設施，零能耗或產能房(第三代被動房或第四代被動式生態建筑)，將會對散裝水泥全生命周期的節能減排和碳中和做出更大貢獻;不但會對我國提出的到2030年繼續相對減排65%提供保障，也很有可能是碳儲存(CCS)或碳利用(CCU)的另外一種替代方式。這一部分份額，在歐盟水泥工業的碳中和路線圖里占到280 kg;這是很大的一個比重，目前還是一個有待破解的難題。

　　6. 散裝水泥的再生和循環利用

　　散裝水泥做成建筑和基礎設施，人們千秋萬代，永遠不壞。實際上，以前幾十年的建筑或基礎設施，一般只有幾十年的壽命。現在提出來要搞百年建筑，甚至是千年建筑，就像古羅馬建筑一樣，至今已經有2300多年了。如果還像過去那樣，搞幾十年壽命的建筑或基礎設施，如今都陸續變成建筑垃圾了，不可持續。因此，如何搞好這些建筑廢棄物的再生和循環利用，就是散裝水泥全生命周期里最后的一個大問題了。

　　對于低質量的建筑和基礎設施產生的海量垃圾，好在由于過去的混凝土配方和工藝原因，舊混凝土里面含有大量未水化的水泥和燒結紅磚，只要破碎和超細粉磨到一定的程度，比如50微米以下，或3800—5600cm2/g(國際水泥雜志，2020)，就可以替代部分水泥，作為攪拌站的摻合料或送到水泥廠里，當做水泥混合材，替代水泥或熟料可以高達30%以上。

　　建筑垃圾里面的骨料也可以作為再生骨料，砂子可以作為砂漿用砂，在許多地方已經普遍利用多年了。5mm以下的細粉，也可以制作鋪路磚或筑路材料。總之，都可以循環再生和重復利用。如果摻入部分納米材料，性能甚至可以超過天然材料制造的產品。

　　這些再生材料的加工用能，都將逐步使用綠色能源，減少碳排放。使用可再生能源，將二次資源高效利用，既節約天然資源、保護環境，也大幅度減少了溫室氣體的排放。

　　資源循環利用，屬于提高資源利用效率的范疇，同時保護天然資源;加之微納米改性，提高質量，延長產品壽命，減少單位生命周期內的碳排放強度;同樣是節能減排的技術路線，減少的比例或數量，可以是若干個百分點，也可以是數倍不止。本文不做具體分析。

　　7.散裝水泥的輔助性膠凝材料

　　散裝水泥作為主要的膠凝材料，再加上輔助性膠凝材料，如粉煤灰、礦渣粉、燒粘土、火山灰材料、活化煤矸石、改性鋼渣和超細石灰石粉等，還有氣硬性膠凝材料石膏和石灰等，以及特種膠凝材料，如地聚物水泥和超級硫酸鹽水泥等綠色建材，組成了龐大的膠凝材料家族。這些材料，將發揮各自特長，優勢互補，共同構成節能減排、綠色發展、低碳發展和可持續發展的科學發展理念和實踐。

　　各種具備活性的工業固廢，雖然稱作輔助性膠凝材料，但是從體量上看，非常巨大，幾乎是水泥數量的兩倍，每年產生量差不多有40多億噸。歷年積存量就更多了，沒有人統計或準確估算過。僅以煤矸石為例，每個開采幾十年的老煤礦，據說都有十幾億噸的煤矸石在那里堆存著;等待開發利用。

　　開發和充分利用好這些二次資源，也是今后幾十年里，乃至上百年里，都是我國建材行業及其下游建筑和交通基礎設施領域發展循環經濟、綠色發展、低碳發展和可持續發展的一大歷史性使命。任重而道遠!

　　這些輔助性膠凝材料，多數都經過了高溫加工，具有潛在活性，可以充分利用;沒有高溫加工的，也可以利用新技術和新裝備，進行低能耗高效率加工，使之具備足夠的活性，制造出較低成本和有競爭力的新的低碳產品。既節能，又環保，還減排，也低碳;一舉多得。

　　8. 散裝水泥與混凝土的輔助材料

　　混凝土的輔助性材料不同于輔助性膠凝材料，諸如砂石集料等，這些材料一般沒有膠凝性或活性，只是作為混凝土的填充骨料而已。從數量上看，更加龐大，估計每年都要消耗100多億噸，是輔助性膠凝材料的兩倍以上。

　　隨著建筑和交通基礎設施行業的逐步飽和，以及環保法規的逐步收緊，自然資源的消耗將逐步減少。散裝水泥的輔助材料將逐步從消耗自然資源向消納各種二次資源轉移。因此，二次資源的開發和利用，將是今后我國綠色建材資源的主要來源。

　　比如說巨量固廢煤矸石或粉煤灰，做成陶粒混凝土后，不但可以大大減輕預制構件的重量，還可以增加預制建筑的結構自保溫性能，使得裝配式建筑和被動式建筑的有效結合有了功能互補的物質資源和技術契合的雙重基礎，也和節能減排、低碳發展結合起來了。堅定不移地發展以固廢資源為基礎的綠色建材、綠色建筑和綠色基礎設施，應是散裝水泥全產業鏈綠色發展堅定不移的正確方向。

　　利用二次資源，采用綠色能源，發展散裝水泥綠色建材，建造零能耗被動式生態建筑，發展長壽命綠色交通基礎設施，等等;散裝水泥綠色全產業鏈、全生命周期的低碳發展，是整個產業可持續發展的一個完整系統，環環相扣，缺一不可，最終走向碳中和，零排放;天然資源零消耗、環境零污染。

　　若干關鍵技術的進展和案例

　　簡要說之，實現上述低碳發展和最終實現碳中和的目標，關鍵技術有許多，本文只是討論一條重要的主線，就是納米材料科學技術。過去和目前，對于傳統的散裝水泥，材料的尺度還只是局限在微米的材料范圍，下一個階段要開始進入納米世界。一開始不會很快進入，要從微米世界進入微納米世界，也可以稱作是準納米世界，然后逐步深入到納米材料科學的世界里。

　　下面簡要討論一下開發納米水泥、納米優化混凝土和納米再生建材的意義和技術進展。

　　1.納米水泥的技術進展

　　以瑞士理工凱倫教授為首的歐洲納米水泥研發團隊(Nanocem)成立于2004年，經過16年的探索，現已發展成為一個由23個學術機構和10個工業伙伴組成的聯合體。團隊中約有120名學術研究人員，他們正在管理相關領域約60個博士和博士后研究項目。該團隊的研發工作前10年主要是側重基礎理論研究;2015年后，逐步從理論轉向應用開發，預計2021年將有重大的研發成果問世。

　　據了解，納米水泥的實驗室產品已經出來，有些公司已經將其轉化為商業產品。納米水泥一旦大規模產業化，將對傳統水泥工業產生巨大的震撼。以其僅是傳統水泥1/10到1/20等效使用量，足可以將每年生產23億噸水泥的巨大產量縮減到只有1—2億噸納米水泥等效量就夠了。如果納米水泥從實驗室轉入工業化生產，應該是顛覆性的技術。節能減排的效果也是不言而喻的，都是十倍和二十倍的絕對減排。對于到2050年全世界的碳中和目標，或控制全球氣候變暖溫度在2℃以下的目標，就會很容易地實現。

　　2. 納米水泥優化的混凝土技術進展

　　從行業發展和技術進步的節奏方面看，納米水泥不會一下子普及到千家萬戶。就如同微納米級別的硅灰材料一樣，起初也是在混凝土里添加十幾個百分點到幾個百分點來提高性能。納米水泥混凝土的改性，從國內外目前的發展看，一開始也將是從微納米起步，逐步向準納米和納米尺度靠近。

　　水泥行業或許從超細粉磨與分別粉磨的優質水泥開始，然后再逐步依次向微觀尺度深入;比如水泥混凝土中微納米水泥的添加量從10%、5%起步，再進一步向添加3%、1%、0.6%……的方向深入發展。這樣，傳統水泥的用量大大減少，而混凝土在提高性能的同時，其骨料的普遍顆粒級配也會同步縮小，水膠比也會變小，這是非常大的變化。

　　加入納米水泥改性之后，混凝土的性能會發生巨大改變;從普通混凝土，變成高性能混凝土。諸如抗壓、抗折、抗滲、抗腐蝕、抗凍、抗碳化和耐久性等，都會發生革命性的變化。

　　納米改性的混凝土對節能減排的意義重大，比如將百年混凝土改性成千年混凝土。在一千年里，相較于百年的混凝土，節能減排的效果都是10倍因子;其顛覆性和革命性不言而喻。

　　3.納米材料對再生建材的意義

　　前文討論過我國每年帶有活性或潛在活性的固廢產生量高達40多億噸，如果充分利用，可以節省海量的礦產資源，也可以改善環境，減少因使用天然資源而過度釋放的有毒有害氣體和溫室氣體，節能減排就更不用說了;因為這些固廢多數都經過了高溫加工，該釋放的二氧化碳也釋放得差不多了。將其變廢為寶，有非常好的基礎。

　　然而，固廢畢竟是固廢，和天然原料比較，也有它不確定的一些方面，因此，為了保障質量起見，還是要有額外的措施，才能確保萬無一失。

　　因此，納米水泥，還可以對這些廢棄物的衍生材料，起到提升質量的作用。這些方面的成功案例，已經在國內外的研發和生產實踐中得到了廣泛的驗證。

　　隸屬于中國散協固廢綜合利用專業委員會的國際固廢工程技術研究院，開發出來的固廢系列產品，無論是在成本，還是在技術指標上，都遠遠超過了使用天然資源制造的產品。

　　將納米膠凝材料，普遍用于固廢產品的性能提升和改良，對于發展再生建材

　　和綠建產業的意義重大。該領域的開發前景，十分廣闊。

　　結 論

　　散裝水泥全生命周期的綠色發展與碳中和，關系到全球氣候變暖對人類的威脅，也是一個和散裝水泥全產業鏈自身可持續發展密切相關的大問題。

　　首先，散裝水泥利用各種固廢原料，減少天然資源的消耗，充分利用二次資源帶來的好處，化解資源枯竭形成的危機;不但解決環境污染問題，還可以節能減排、降低綠建成本和發展循環經濟。

　　其次是利用固廢資源，生產低碳水泥。在整個生產過程采用綠色技術，加之采用可再生的綠色能源，在今后40年里(2020—2060)，將目前每噸水泥的碳排放從大約610 kg(估算)二氧化碳，通過各種節能減排手段，逐步實現零排放、碳中和。

　　第三，除了水泥原料及生產過程的節能減排、綠色生產和低碳生產外，在水泥出廠流通環節，包括深加工成混凝土及各種預制件或部品、部件后，再輸送到建筑和交通基礎設施的施工工地等流通環節，以及建筑和基礎設施廢棄后，形成建筑固廢，再作為再生建材的原料，回送到水泥或混凝土廠的各個流通環節和過程中，都需要采用可再生能源輸送工具和加工設備。倡導綠色流通和低碳流通的物流模式，貫穿散裝水泥全生命周期、全產業鏈的大流通。

　　第四，是混凝土和混凝土制品的制造環節，包括建筑預制構件和部品、部件的預制。全過程逐步使用綠色能源，采用節能減排技術;生產出高質量、多功能和長壽命的高性能混凝土、預制件和部品部件。第五是建筑和基礎設施最終的使用環節，通過發展生態、零能耗、被動式裝配建筑和長壽命基礎設施等路徑和手段，實現在原料和生產階段還無法完成的碳中和目標。

　　最后，是建筑和交通基礎設施的廢棄和拆除，形成建筑固廢或建筑垃圾，為再生建材的循環利用提供二次原料。

　　總之，通過綠色原料、綠色制造、發展散裝水泥、借助新能源輸送散裝水泥、再將散裝水泥深加工成各種混凝土中間產品、最終形成裝配式零能耗被動式建筑和高質量長壽命的交通基礎設施，散裝水泥綠色產業發展的全產業鏈、全過程、全生命周期，都借助綠色技術實現節能減排和低碳發展，最終全部實現散裝水泥綠色產業全生命周期和全產業鏈的碳中和。