數據顯示，2020年我國水泥產量23.8億噸，占全球水泥產量的50%以上，水泥及熟料產品產銷量連續多年位居世界首位。與此同時，水泥行業也是我國碳排放重點行業，占比達13%以上。因此，在碳達峰、碳中和愿景下，水泥行業如何進一步減污降碳、提質增效已成為社會各界關注的焦點。
01節約燃煤及提高原燃料
和廢棄物的替代比例是減排重點
水泥產銷量與國民經濟和社會發展密切相關，其市場需求具有剛性。過去20年，我國水泥行業基本完成技術結構調整，在節能降耗方面取得實質性進展，在現有技術條件下，進一步減排二氧化碳的潛力與彈性已十分有限。因此，水泥行業需應用“顛覆性”技術，才能實現碳中和。
目前，國家對通過碳交易市場購買排放權履行減排責任的企業有明確要求，其占比不能超過排放量的5%。因此，對水泥企業而言，要么從源頭控制和減少碳排放，要么壓減產能，才能滿足碳中和要求。目前，水泥行業要從源頭控制碳排放，除大規模大范圍運用生物能源等顛覆性技術外，沒有其他成熟且可行的技術路徑。
水泥行業碳排放主要來源于熟料生產，一噸熟料排放約0.85-0.90噸二氧化碳，其主要原燃料是石灰石、砂巖、鋁鐵質原料及燃煤。熟料生產中二氧化碳的50-65%來源于不可再生資源石灰石的分解，35%左右來源于燃煤。今后很長一段時期內，預計難有經濟可行、能大范圍大比例替代石灰石的原材料。因此，水泥行業從源頭控制、碳減排的重點是節約燃煤及提高原燃料和廢棄物的替代比例。實踐證明，以可再生生物能源替代燃煤是可行路徑。
如歐洲某大型水泥集團在非洲實施的2000t/d水泥生產線及3000t/d水泥生產線中，生物燃料進入分解爐替代部分燃煤，替代率約20%；我國水泥行業領軍企業海螺樅陽水泥廠利用農作物秸稈，在分解爐實現部分燃煤替代，日處理秸稈廢棄物200噸，理論上實現20%生物燃料替代燃煤。然而，由于運營機制不完善及缺乏生物燃料工程技術等問題，導致生物燃料供應不上，上述項目實際運行替代率僅10%左右。
02生物燃氣在回轉窯的燒成溫度達1700是關鍵
目前，海螺垃圾氣化所得的生物燃氣、歐洲及我國生物燃料直接燃燒技術，由于燃燒溫度不夠、水泥產線物料平衡及生物能源專業化運營不完善等問題，生物燃料只在分解爐(900左右)嘗試替代部分化石能源，世界范圍內尚未有水泥回轉窯生物能源替代燃煤的先例。
因此，使用高溫生物燃氣(400以上，通過工業化熱解裂解生產)在水泥回轉窯燃燒(達1700左右)，需解決的技術難題主要集中在回轉窯燒成溫度和水泥產線物料平衡等方面，這需要水泥企業及技術機構與生物燃氣企業協同攻關，解決以下技術與經營難題：
在技術方案中，應考慮使用高溫生物燃氣，并利用水泥熟料回收的熱量，預熱窯頭用于燃燒的空氣，以900二次風助燃空氣，提高回轉窯燒成溫度達1700左右。
全面替代燃煤涉及水泥分解爐和回轉窯等水泥生產線的物料平衡，應進行物料平衡再設計和水泥生產溫度場(帶)、生物燃氣及燃燒煙氣流與物料流再設計，以及氣固液相反應和傳質傳熱、工藝設備等再設計。
此外，還需推動水泥企業傳統生產經營方式創新，以適應產業技術革命；推動解決生物燃料工程技術、水泥行業價值工程技術、生物質氣化技術升級和效率提升，以及大規模產業化運用等系列問題。
其中，最重要的是，實現高溫生物燃氣在回轉窯1700燒成溫度的技術突破。此前，中科院廣州能源研究所所長吳創之團隊在深圳迪森華美的鋼鐵項目，成功實現敞開式推鋼加熱爐運用生物燃氣燃燒1300軋鋼，并穩定運行3年的產業化突破。
03CCUS技術尚難產業化
生物燃氣技術減碳擔重任
5月18日，國際能源署發布年度報告，提出了碳中和技術路線圖：2030年全球凈零排放中大部分二氧化碳減排量來自于當今實際可用的技術(現有技術)，2050年近一半的減排量將來自目前仍處于演示或原型階段的技術(未來技術)。
報告明確提出，以CCUS技術(碳捕獲、利用與封存技術)解決現有能源資產排放問題，如水泥等難以減碳的行業；支持迅速擴大低排放氫氣生產并從大氣中去除一些二氧化碳，在電力等無法輕易或經濟地替代化石燃料的領域，在有限的可持續生物能源供應無法滿足需求的地方，氫和氫基燃料將填補空白。
人類對生物質資源的能源化利用經歷了三代技術，農村傳統的燒火做飯取暖是第一代生物能源技術，能源利用效率平均13%左右；生物質直接燃燒發電或供熱是第二代生物能源技術，能源利用效率約30%；生物質氣化是第三代生物能源技術，能源利用效率達85%左右。目前，第二代生物能源技術的生物質直接燃燒發電與供熱產業正逐步退出市場，其催熟的生物燃料市場正讓位于第三代生物能源技術——生物燃氣技術。
雖然IEA報告明確了CCUS技術可用于水泥等難以減碳的行業，海螺水泥也實現了CCUS技術突破，但真正實現產業化尚需時日。因此，水泥行業實現碳中和不能依靠不確定的CCUS技術。在風、光發電已實現平價上網的時代，我國約30億噸有限的生物質資源不宜再被用于直接燃燒發電或供熱，應用于生物質氣化技術發展，并優先用于水泥、鋼鐵等難以實現碳中和的行業。