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2020年9月22日，國家主席習(xí)近平在第75屆聯(lián)合國大會上提出：“中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和?！睘橹袊乱浑A段的能源轉(zhuǎn)型和綠色發(fā)展指明了方向，也展現(xiàn)了中國踐行《巴黎協(xié)定》氣候行動承諾的決心。今年的政府工作報告把“單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗降低3%左右”寫進2021年發(fā)展主要預(yù)期目標，并提出“十四五”時期總目標是降低13.5%。以能源消耗強度（“單位GDP能耗”）和能源消費總量（“能源消費上限”）為組合的能源“雙控”目標，成為實現(xiàn)“雙碳”目標的關(guān)鍵動力。實現(xiàn)碳達峰、碳中和，是全面貫徹新發(fā)展理念、推動高質(zhì)量發(fā)展的要求。

工程建設(shè)行業(yè)占全球碳排放比例超過40%，其中建筑材料對于資源、能源的消耗及其在全生命周期內(nèi)的碳排放問題尤為突出。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，僅2020年我國建材行業(yè)碳排放就達14.8億噸。作為建材行業(yè)重要組成部分的水泥制品行業(yè)尋求合理有效的“降碳、減碳”措施已迫在眉睫。

預(yù)制混凝土綠色低碳研究中心:水泥制品實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”目標技術(shù)路線探討

水泥制品“雙碳”技術(shù)路線的重點方向

近日，《北大金融評論》發(fā)布“雙碳”目標下的總體技術(shù)路線圖，包括減少碳排放和增加碳吸收2條主路線。從中也可以提煉出水泥制品行業(yè)主要的“低碳與減碳”技術(shù)路線（圖2.1）。

具體聚焦在以下幾個重點方向：

①高性能預(yù)制構(gòu)件與裝配式節(jié)能技術(shù)；

②低碳原材料與廢棄物綜合利用技術(shù)；

③綠色能源利用和低能耗制備技術(shù)；

④CO₂礦化與養(yǎng)護技術(shù)。

圖2.1 水泥制品行業(yè)“雙碳”目標技術(shù)路線 

高性能預(yù)制構(gòu)件與裝配式節(jié)能技術(shù)

大量研究成果與工程實踐證明，預(yù)制構(gòu)件和裝配式技術(shù)相較于傳統(tǒng)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)本身便具有節(jié)能、低碳等天然優(yōu)勢，通過工廠自動化流水線生產(chǎn)，極大提升了效率、降低過程能耗；工業(yè)化的生產(chǎn)模式可充分發(fā)揮原材料性能，使水泥、骨料等原材料實現(xiàn)精細化、集約化利用；施工模式由傳統(tǒng)手工作業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)檠b配化和機械化作業(yè)，無需現(xiàn)場支模，節(jié)約木材，避免長時間現(xiàn)場養(yǎng)護，大幅提升施工速度，節(jié)約工期。在“十三五”期間和“十四五”規(guī)劃以及中央、地方頒布的各項政策、法規(guī)中，明確建議以預(yù)制裝配式取代現(xiàn)澆、以工業(yè)化建造代替?zhèn)鹘y(tǒng)手工作業(yè)，也充分印證了“預(yù)制混凝土”和“裝配式建造”是面向未來、低碳環(huán)保的建設(shè)方式，具有科學(xué)性和先進性，符合可持續(xù)、高質(zhì)量發(fā)展目標。

預(yù)制構(gòu)件和裝配式技術(shù)已具備良好的應(yīng)用基礎(chǔ)，尚可在以下幾個方面持續(xù)發(fā)力，全面發(fā)揮其在工程建設(shè)中低碳與減碳的作用：

① 持續(xù)開發(fā)應(yīng)用低碳高性能混凝土預(yù)制構(gòu)件及相關(guān)技術(shù)。

開發(fā)高強及超高強混凝土預(yù)制構(gòu)件，大幅提升混凝土的單位承載力，降低自然資源消耗；開發(fā)高耐久性預(yù)制構(gòu)件，提升結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限；開發(fā)超輕質(zhì)混凝土構(gòu)件，降低結(jié)構(gòu)自重負荷；開發(fā)低導(dǎo)熱和高保溫混凝土構(gòu)件，提升建筑保溫隔熱性能；開發(fā)高滲透混凝土構(gòu)件，提升城市排水效率，減少內(nèi)澇災(zāi)害；開發(fā)生態(tài)混凝土構(gòu)件，促進工程建設(shè)與自然融合；開發(fā)預(yù)制構(gòu)件連接技術(shù)，實現(xiàn)構(gòu)件連接快速、可靠、安全等。

②持續(xù)全面提升工程建設(shè)各行業(yè)預(yù)制化率。

基于交通、水利、電力等各個行業(yè)的工程建設(shè)的特點，研究和開發(fā)適宜的預(yù)制構(gòu)件及裝配式建造技術(shù)，并在行業(yè)內(nèi)形成涵蓋設(shè)計、生產(chǎn)、施工、檢測驗收全過程的技術(shù)標準體系；拓展地下工程中預(yù)制樁、預(yù)制構(gòu)件的應(yīng)用范圍，擴大預(yù)制樁和預(yù)制構(gòu)件在地基基礎(chǔ)工程中的應(yīng)用比例，促進新型植樁工法技術(shù)進步；發(fā)揮政策的導(dǎo)向作用，引導(dǎo)工程建設(shè)各行業(yè)及地下工程采用先進的裝配式建造技術(shù)替代傳統(tǒng)建造方式；以金融手段支持裝配式技術(shù)發(fā)展，探索裝配式技術(shù)和碳排放、碳金融相互支撐的方法與路徑，創(chuàng)新綠色金融產(chǎn)品與服務(wù)。

低碳原材料與廢棄物綜合利用技術(shù)

混凝土作為最大宗的建筑材料，蘊含著巨大的節(jié)能減排潛力。針對傳統(tǒng)混凝土制品對水泥、天然砂石的高度依賴性、廢棄物循環(huán)利用的薄弱意識和工業(yè)固廢利用率低等問題，通過材料技術(shù)、工藝設(shè)計、生產(chǎn)控制等協(xié)調(diào)配合，可以充分發(fā)揮混凝土材料在工程建設(shè)領(lǐng)域中低碳與減碳的作用，有效消納工業(yè)固廢，推動各行業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展。

①持續(xù)開展混凝土材料綠色低碳設(shè)計與高資源化利用

通過低碳混凝土材料的基礎(chǔ)理論、性能提升及其應(yīng)用的研究，解決材料組成設(shè)計、性能演化與控制等行業(yè)共性問題，加強低碳膠凝材料體系設(shè)計、固廢粉體多元化改性摻合料、非天然骨料開發(fā)及高資源化應(yīng)用和外加劑低碳綠色化制備研究，最大限度地提高資源利用率，降低混凝土制品中高耗能水泥熟料的用量以及對天然資源的高依賴性，提升對低品位原材料與工業(yè)固廢的資源化利用水平，實現(xiàn)混凝土材料的綠色化制備和高質(zhì)化應(yīng)用，有效緩解當(dāng)前行業(yè)自然資源日益匱乏的現(xiàn)狀和“雙碳”目標壓力，推動混凝土材料綠色變革。

②持續(xù)開發(fā)工業(yè)固廢制備裝配式預(yù)制構(gòu)件技術(shù)

基于工業(yè)固廢的多樣化性能特征，按照“精細化預(yù)處理-多元活化改性-協(xié)同制備-資源轉(zhuǎn)化-裝配式預(yù)制構(gòu)件-質(zhì)量和環(huán)境評價”主線，采用功能復(fù)配、物理激發(fā)、安全控制等預(yù)處理方法，開發(fā)固廢粉體多元活化改性成套技術(shù)，開展固廢粉體摻合料-骨料協(xié)同制備混凝土研究，開展混凝土生產(chǎn)、成型及養(yǎng)護成套工藝技術(shù)研究，形成質(zhì)量、環(huán)境達標的預(yù)制構(gòu)件產(chǎn)品，實現(xiàn)工業(yè)固廢的規(guī)?；{和增值化利用的協(xié)同，拓展大宗工業(yè)固廢資源化路徑，推動混凝土制品行業(yè)轉(zhuǎn)型升級。

③持續(xù)推進混凝土廢棄物循環(huán)利用、綜合處置技術(shù)

針對混凝土制品生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢漿、廢水、廢氣等廢棄物，充分利用材料體系調(diào)控、功能材料開發(fā)、工藝環(huán)節(jié)優(yōu)化等措施，實現(xiàn)生產(chǎn)制造過程中廢棄物的零排放。通過對離心混凝土制品產(chǎn)生的余漿精細化處理（收集、均化、調(diào)凝），用于混凝土制品再生產(chǎn)，實現(xiàn)循環(huán)利用率100%；基于動態(tài)吸附及轉(zhuǎn)化過程研究，綜合利用余漿與復(fù)合絮凝材料開發(fā)可用于處理含磷污水的系列環(huán)保材料，拓展余漿的綜合利用途徑；基于回收水化學(xué)組分分析，通過材料技術(shù)精準化調(diào)控，有效控制廢水中有害物質(zhì)對混凝土性能影響，建立廢水回收系統(tǒng)，實現(xiàn)再生產(chǎn)利用；針對工業(yè)有機廢氣，通過多級凈化技術(shù)、高效節(jié)能除塵系統(tǒng)、脫硫與脫硝等多途徑技術(shù)協(xié)同調(diào)控，有效凈化廢氣中的有害物質(zhì)和粉塵污染，最終實現(xiàn)混凝土制品全綠色生產(chǎn)制備。

綠色能源利用和低能耗制備技術(shù)

大力推動綠色能源在混凝土制品生產(chǎn)養(yǎng)護過程中的應(yīng)用，持續(xù)提升產(chǎn)品低能耗、高效率生產(chǎn)工藝，不斷推進自動化、智能化生產(chǎn)建設(shè)，實現(xiàn)混凝土制品生產(chǎn)制造的綠色低碳化。

①持續(xù)優(yōu)化能源利用結(jié)構(gòu)，推廣利用綠色能源

針對企業(yè)能源利用現(xiàn)狀，大力發(fā)展天然氣、生物質(zhì)燃料、太陽能等清潔綠色能源利用技術(shù)，不斷優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)。全面推進企業(yè)鍋爐的煤改氣工程，將天然氣、生物質(zhì)燃料等清潔或可再生能源替代原煤燃燒，實現(xiàn)鍋爐煙氣零碳排放；研究蒸壓蒸養(yǎng)設(shè)備余熱回收利用技術(shù)，開發(fā)集煙氣余熱回收、廢氣廢水余熱回收、高溫產(chǎn)品余熱回收等綜合性的工業(yè)余熱余能回收系統(tǒng)，實現(xiàn)余熱零浪費；大力推廣太陽能養(yǎng)護技術(shù)，搭建養(yǎng)護型太陽能集熱裝置，直接吸收太陽能輻射能量用于混凝土制品的養(yǎng)護；持續(xù)推進企業(yè)太陽能光伏發(fā)電工程建設(shè)，結(jié)合企業(yè)用電需求和廠區(qū)布置，因地制宜建設(shè)分布式太陽能光伏發(fā)電站，努力實現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)生活用電自給自足。

②持續(xù)發(fā)展混凝土制品低能耗、高效率生產(chǎn)制備技術(shù)

研究并推廣穩(wěn)定、高效的預(yù)制樁常壓泵送制備技術(shù)，推進樁類制品制備技術(shù)變革。發(fā)展裝配式PC構(gòu)件低能耗生產(chǎn)工藝提升技術(shù)，基于PC構(gòu)件生產(chǎn)流程提效，開發(fā)裝配式混凝土構(gòu)件組合式數(shù)字化生產(chǎn)線和低能耗原位養(yǎng)護技術(shù)，顯著減少生產(chǎn)環(huán)境由設(shè)備周轉(zhuǎn)、操作時間、工作效率等導(dǎo)致的碳排放。研究并推廣基于材料設(shè)計與組分配伍的預(yù)制構(gòu)件低溫養(yǎng)護早脫模技術(shù)，大幅降低產(chǎn)品生產(chǎn)養(yǎng)護能耗。持續(xù)推進生產(chǎn)智能化，革新并開發(fā)混凝土制品自動化生產(chǎn)工藝和設(shè)備，通過改善作業(yè)環(huán)境、提高安全管理、提升設(shè)備自動化水平、降低勞動強度、提高生產(chǎn)效率的工藝研究以及研發(fā)先進的現(xiàn)場和后臺管理系統(tǒng)，逐步實現(xiàn)生產(chǎn)、檢測、驗收全自動化，推進傳統(tǒng)工廠到“智慧工廠”的蛻變。

CO₂礦化與養(yǎng)護技術(shù)

在一定條件下可進行混凝土碳酸化反應(yīng)實現(xiàn)CO₂的永久封存，在全生命周期中減少混凝土制品行業(yè)的總體CO₂排放量，最終實現(xiàn)大規(guī)模CO₂的封存與利用，同時改善混凝土性能、縮短養(yǎng)護時間并節(jié)約養(yǎng)護能耗。

基于水泥、工業(yè)固廢等材料中的鈣鎂組分，采用CO₂礦化養(yǎng)護取代傳統(tǒng)蒸汽養(yǎng)護，開展礦化材料研發(fā)和優(yōu)化設(shè)計、礦化養(yǎng)護過程的影響機制和動力學(xué)反應(yīng)、膠凝體系微觀結(jié)構(gòu)和礦化的構(gòu)效關(guān)系研究，從多尺度動力學(xué)角度揭示礦化反應(yīng)的微觀機制，建立微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性能的系統(tǒng)性關(guān)聯(lián)，優(yōu)化CO₂利用效率，實現(xiàn)礦化反應(yīng)能力和礦化混凝土制品的可行性與實用性提升。此外，基于全生命周期的碳排放分析，構(gòu)建礦化養(yǎng)護工藝和產(chǎn)品的環(huán)境效益評價體系，有效推進大規(guī)模和經(jīng)濟性的CO₂利用，進一步提升混凝土材料低碳化水平。

實現(xiàn)“雙碳”目標是所有行業(yè)義不容辭的歷史責(zé)任。水泥制品行業(yè)作為工程建設(shè)重要支撐產(chǎn)業(yè)，在推進“雙碳”目標過程中，通過逐步降低對自然資源、化石能源的依賴；提高行業(yè)精細化、智能化和低碳化制備水平；加大廢棄物和CO₂消納力度，最終實現(xiàn)水泥制品行業(yè)的綠色低碳和高質(zhì)量協(xié)同發(fā)展。

混凝土與水泥制品行業(yè)預(yù)制混凝土綠色低碳研究中心：由中國混凝土與水泥制品協(xié)會發(fā)起，依托建華建材（中國）有限公司建設(shè)。旨在為行業(yè)打造一個綠色低碳政策、綠色低碳技術(shù)和綠色低碳市場創(chuàng)新發(fā)展的服務(wù)平臺。