2025水泥工业低碳发展技术路径与展望

水泥工业低碳发展技术路径与展望2025年水泥生产主要碳排放环节熟料直接排放占比约90%

，其中煅烧工艺排放占比60%，

主要为原料（碳酸钙）分解排放；燃料燃烧排放占比30%；电力产生的间接排放约占10%；碳排放工艺段排放量原料碳排放（石灰石），工艺段5和6排放530kgCO2/t熟料燃料碳排放（燃料），工艺段5和6排放320kgCO2/t熟料间接排放（电力）工艺段3～7排放28kgCO2/t熟料工艺段8～10排放20kgCO2/t水泥2022年：水泥工业排放CO2约13.2亿吨，约占我国工业排放总量的13%指导水泥工业节能降碳的政策文件党中央、国务院：关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见(2021.9.22)——2025年，比2020年下降18%；2030年，比2005年下降65%；2060年，碳中和国务院：2030年前碳达峰行动方案(2021.10.24)——2030年前碳达峰；“全国一盘棋”；重点是调整能源结构工信部、科技部、自然资源部：十四五原材料行业发展规划(2021.12.29)——制定石化化工、钢铁、有色金属、建材等重点行业碳达峰实施方案，确保2030

年前实现达峰，鼓励有条件的行业、企业率先达峰发改委：严格能效约束推动重点领域节能降碳的若干意见(2021.10.18)——通过节能实现碳减排；2025年，标杆水平超过30%；2030年，如期达峰；“利用绿色数据中心等新型基础设施实现节能降耗”附件1：冶金、建材重点行业严格能效约束推动节能降碳行动方案（2021-2025年）——水泥熟料综合能耗标杆，100kg.ce/t；重点强调技改；“加强节能低碳关键共性技术、前沿引领技术、颠覆性技术研发”国资委：关于推进中央企业高质量发展做好碳达峰碳中和工作的指导意见(2021.11.27)——深化供给侧结构性改革；源头减碳+安全减碳；全面推行绿色低碳建材，推动建材减量化、循环化利用指导水泥工业节能降碳的政策文件党中央、国务院：关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见(2021.9.22)——2025年，比2020年下降18%；2030年，比2005年下降65%；2060年，碳中和国务院：2030年前碳达峰行动方案(2021.10.24)——2030年前碳达峰；“全国一盘棋”；重点是调整能源结构工信部：工业领域碳达峰实施方案(2022.7.7)——十四五，研发、示范、推广一批低碳零碳负碳技术工艺装备产品；十五五，达峰且强化碳中和能力；建材是四大行业之一科技部：科技支撑碳达峰碳中和实施方案(2022.8)——重点行业和领域低碳关键核心技术的重大突破；钢铁、水泥、化工、有色，“低碳与零碳工业流程再造技术”工信部：建材行业碳达峰实施方案(2022.11.2)————十四五，熟料综合能耗降低3%；十五五，原燃料替代水平大幅提升；2030年前，碳达峰；“加快研发重大关键低碳技术”建材联合会：水泥行业碳减排技术指南(2022.11.24)——突出能效水平提升；技术清单：高能效技术与装备、替代原燃料、低碳水泥、碳捕集利用水泥协会、建材总院：中国水泥行业碳中和路径(2023.7.17)——需求量降低；低碳水泥、提升能效、能源替代、CCUS；“2060

年，水泥碳排放强度50kg/t

，熟料68kg/t”指导水泥工业节能降碳的政策文件党中央、国务院：关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见(2021.9.22)——2025年，比2020年下降18%；2030年，比2005年下降65%；2060年，碳中和国务院：2030年前碳达峰行动方案(2021.10.24)——2030年前碳达峰；“全国一盘棋”；重点是调整能源结构国务院：2024—2025年节能降碳行动方案(2024.5.23)——推进建材行业节能降碳改造；加快水泥原料替代，提升工业固体废弃物资源化利用水平——研发推广新型建材及先进技术，大力发展装配式建筑国务院：加快构建碳排放双控制度体系工作方案(2024.8.2)——以电力、钢铁、有色、建材、石化、化工等工业行业为重点，开展重点行业碳排放核算——制修订电力、钢铁、有色、建材、石化、化工等重点行业企业碳排放核算规则标准——在电力、钢铁、建材、有色、石化、化工等重点行业开展温室气体排放环境影响评价，强化减污降碳协同控制科技部：关于进一步强化碳达峰碳中和标准计量体系建设行动方案(2024.8.8)——加快推进电力、煤炭、钢铁、有色、纺织、交通运输、建材、石化、化工、建筑等重点行业企业碳排放核算标准和技术规范研制——推动加强火电、钢铁、水泥、石化、化工、有色等重点行业和领域碳计量技术研究创新和发展低碳水泥势在必行（推广应用前景必然广阔）7.低碳水泥调整水泥熟料组成、引入低钙矿物碳捕获和存储技术以消除碳排放物少熟料/无熟料水泥制备混凝土(将水泥从混凝土中全部清除)科学美国人：2020.11.10发布十大新兴技术微针注射/抽血 6.

电动航空CO2光催化 7.

低碳水泥虚拟患者 8.

量子传感器空间计算 9.

绿色氢能数字医疗 10.

全基因组合成了ECOCEM公司，布局欧洲8国，申请专利63件，重点推广ACT低碳水泥在中国布局专利6件盖茨“突破能源基金”投资低碳水泥我国有能力有信心推动低碳水泥创新发展（有足够创新能力）中国学者在顶刊发表论文（水泥混凝土及制品等）的数量与占比CCR CCC CBM发文量中国中国占比发文量中国中国占比发文量中国中国占比三刊总发20202374418.6%32614745.1%27941320212947826.5%40216942.0%20222788530.6%45827820231898142.9%我国必须且理应引领世界水泥基材料科学的发展目

录第1部分第2部分第3部分第4部分水泥工业低碳发展技术路径水泥工业低碳技术实施现状总院近期工作进展结论与展望第一部分水泥工业低碳发展技术路径国际技术现状与发展路径我国技术现状与发展路径大型集团低碳发展规划一、国际技术现状与发展路径我国水泥产量占全球水泥产量50%以上近十年在22-24亿吨上下波动，进入平台期碳排放总量约14.22亿吨50全球水泥产量中国水泥产量4030201002010201120122013201420152016201720182019

2020年份产量（亿吨）中国水泥产量会逐渐下降世界水泥产量反而逐渐上升第三世界国家产量明显增加2030：熟料减碳：61kg；水泥减碳：35kg混凝土减碳：28kg；建筑减碳：71kg2050：熟料减碳：160kg；水泥减碳：117kg混凝土减碳：59kg；建筑减碳：51kg碳捕集利用钙质原料替代

-27kg生物质燃料

-71kg热效率提升

-26kg低碳熟料

-17kg氢能等

-19kg降低熟料系数

-72kg低能耗粉磨与可再生能源-35kg低碳运输-10kg混凝土拌合减碳

-52kg低碳运输

-7kg再生混凝土矿化

-89kg服役时从环境吸收

-51kg欧洲水泥协会：2050年水泥工业碳中和之路——基于全产业链的减碳技术路线5Cs：熟料clinker、水泥cement、混凝土

concrete、 建筑construction、再碳化

re-carbonation一、国际技术现状与发展路径国际能源署IEA：2050水泥工业低碳路线图——基于水泥工艺的减碳技术路线提高水泥生产效率和能耗效能，减碳约3%；替代燃料技术（协同处置等），减碳约12%；降低熟料系数（混合材替代熟料），减碳约37%；碳捕集与利用技术，2030年减碳13%，最终达到减碳48%。熟料矿渣粉煤灰石灰石火山灰石膏烧黏土20202050添加混合材，降低熟料系数（石灰石、烧黏土）熟料矿渣粉煤灰石灰石火山灰石膏烧黏土一、国际技术现状与发展路径全球水泥混凝土协会GCCA：零碳之路——能源变革、过程减排、低碳应用、长效服役一、国际技术现状与发展路径直接排放

电力排放电力脱碳碳捕集与利用少用水泥少用熟料混凝土低碳制备建筑长效服役碳化过程减排、应用端低碳并重CCUS仍然是倚重的方式未见替代原燃料的减碳效果能源变革是未来必然，其可能不是水泥工业的主动行为，但一定是我们的主动选择一、国际技术现状与发展路径非煅烧、原料不排放CO2的颠覆性技术（奇思妙想）不粉碎、不加热，常温下就能生产水泥https://www.cnbc.com/2023/06/24/sublime-systems-co-founders-making-the-electric-vehicle-of-cement.html美国麻省理工学院蒋业明和加拿大女化学家利亚·埃利斯，共同成立了Sublime

Systems公司采用电化学的方法石灰石、石膏、海藻酸钙等钙源，不经预处理或粉碎就放入水中，电解，钙离子析出，与其他成分混合，生成水泥水解析出的CO2，可与H2转化为其他化学品2022年建成百吨级的试点工厂，2025年将每吨水泥的成本降低到100美元以下一、国际技术现状与发展路径C4C混凝土技术——负载有CO2的载体，掺入混凝土，碳酸化，固碳(奇思妙想)经典4组分经典5组分一、国际技术现状与发展路径C-Crete

Technologies公司+海德堡：新型无水泥混凝土来源：美通社（PRNewswire），C-Crete

Technologies制造过程中几乎不会产生二氧化碳，并且还会随着时间的推移从空气中吸收二氧化碳——实质上就是碱激发一、国际技术现状与发展路径Ecocem

ACT：一种低碳水泥及低碳混凝土无熟料/少熟料水泥：大掺量固体废弃物替代水泥（熟料）来源：突破能源孵化低碳水泥技术公司习近平总书记在第七十五届联合国大会（2020年）宣布：提高国家自主贡献力度，力争2030年前二氧化碳排放达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和目标(三)工业领域碳达峰行动中提出，推动建材行业碳达峰。鼓励建材企业使用粉煤灰、工业废渣、尾矿渣等作为原料或水泥混合材；加强新型胶凝材料、低碳混凝土、建材制品等低碳建材产品研发应用。挑大国重担，尽大国义务！发展和推广低碳水泥技术迫在眉睫、势在必行！机遇与挑战并存！二、我国技术现状与发展路径世界，水泥工业排放CO2约占全球人为CO2排放总量6%；中国，水泥CO2排放量约占工业CO2排放量13%，占建材工业85%以上。1吨水泥熟料CO2排放量约0.86吨，其中，碳酸盐分解是最大的非能源CO2排放源。中国水泥工业历年碳排放-10-5051015202000200520200510152025年增长率年产量/亿吨2010 2015年份中国20年来水泥产量年产量年增长率/%二、我国技术现状与发展路径总体思路：源头防治，减少碳排放原料：减少石灰石用量；制备低碳胶凝材料燃料：替代燃料；清洁燃料替代煤生产系统节能减碳：工艺、装备技术提升⚫

水泥高效利用（混凝土）：减少混凝土中水泥用量、延长服役寿命；混凝土及制品固碳CO2捕集和利用：捕集纯化和高效利用碳排放评价体系（标准）与碳汇（交易）市场根据模型推演，2060年中国水泥工业要实现碳中和，水泥产量应控制在7.5亿吨以下但依据中国社会经济发展需求，2060年中国水泥产量还将维持在10亿吨以上高位200020012002200320042005200620072008200920102011201220132014201520162017201820192020202120222023202420252026202720282029203020312032203320342035051015202530水泥消费量熟料消费量亿吨未来预测区二、我国技术现状与发展路径中国：立足技术现状，采取相适应的节能降碳技术国际能源署IEA的2030年能耗目标值3.3

GJ/t（相当于我国能耗二、三级间）进一步提高能效的空间有限，已处于世界先进水平《水泥单位产品能源消耗限额》：一级100kgce/t（2.9GJ/t）（GB

16780） 二级107kgce/t（3.1GJ/t）三级117kgce/t（3.4GJ/t）熟料系数已接近“极限”，大幅度降碳空间“有限”,2020年我国水泥的熟料系数约0.65。国际能源署IEA的2050年目标值，熟料系数降到0.60（当前约0.77）。大力发展低碳水泥混凝土技术，从材料及应用降低碳排放！大力发展低碳燃料技术及装备，从能源消耗上降低碳排放！二、我国技术现状与发展路径中国工程院：重点发展低碳水泥及替代燃料等减碳技术二、我国技术现状与发展路径2060年水泥工业实现碳中和（中国工程院《碳达峰碳中和技术路径分析报告》）VS2050年水泥工业实现碳中和（欧洲水泥协会《Cementingthe

European

Green

Deal》）对比欧洲路线，我国必须创新发展替代燃料新技术与低碳水泥新品种中国建材联合会：水泥行业碳减排技术指南2030年，能效水平和碳排放强度达到国际先进水平如期实现碳达峰目标达峰目标四大类：提升能效、原燃料替代、低碳水泥与碳捕集封存28条技术细目2025年，能效标杆水平以上30%，能效基准水平以下基本清零2030年，替代燃料协同处置技术，预期可实现20%至60%的燃煤替代，吨熟料可减碳10%至20%具体指标二、我国技术现状与发展路径达峰路径：六类措施（产业链上下游）严控新增产能，加强产能置换监管结构调整，低效产能退出；2500t/d，2025年累计淘汰5000万吨以上高效节能，提升能效水平；2030年，单位熟料煤耗较2020年下降7%以上原燃料替代，低碳水泥研发/示范/推广；2025年，20%产线；2030年，40%产线提升建造施工水平，减少水泥用量加大资金配套支持，推动低碳技术应用二、我国技术现状与发展路径中国水泥协会：水泥行业 现状与达峰路径达峰目标：2030年前1.低碳水泥新型熟料体系新型低碳水泥2.替代燃料提高替代燃料的使用比例3.碳捕集及利用技术燃烧后吸收技术全氧燃烧技术4.清洁能源利用氢能光热等清洁能源中国：水泥工业节能减排路径二、我国技术现状与发展路径2020年原料排放：7.7亿吨燃料排放：4.6亿吨电力排放：0.9亿吨（间接）原料替代(减排1.12亿吨)水泥窑全氧燃烧技术CO2捕集、纯化与利用技术单位：亿吨低碳熟料，

Ca含量不变，石灰石替代率30%，减排CO2

160kg/t熟料低钙熟料，降低CaO含量，少用石灰石20%，减排CO2

105kg/t熟料无钙熟料，不用石灰石，无原料碳排放，减排CO2530kg/t熟料氢气煅烧，替代20%煤炭，减排CO2

320*20%kg/t熟料(64)生物质燃料，替代60%煤炭，

减排CO2320*60%kg/t熟料(192)含能废弃物(如轮胎等)，替代20%煤炭，减排CO250*20%kg/t熟料(10)2060年宏伟目标VSCCUS燃料替代(减排1.3亿吨)2060年原料排放：1.5亿吨燃料排放：0.3亿吨电力排放：0亿吨(绿电)5亿吨熟料4.2亿吨CO2二、我国技术现状与发展路径15亿吨熟料 降低消费量13.2亿吨CO2企业名称碳减排技术现排放量（kgCO2/t

水泥）2025年（kgCO2/t

水泥）2030年（kg

CO2/t水泥）海德堡集团提高原、燃料替代率降低单位水泥中熟料占比提高能源利用效率提高低碳混凝土制品比例590525＜500豪瑞集团提高原、燃料替代率降低单位水泥中熟料占比提高能源利用效率碳捕集利用与封存技术561555475Cemex

集团提高原、燃料替代率降低单位水泥中熟料占比提高能源利用效率开发新型低碳水泥碳捕集利用与封存技术622/520三、大型集团低碳发展规划-国外海德堡集团中长期碳减排战略规划海德堡集团2050年碳中和战略规划三、大型集团低碳发展规划-国外单位水泥中熟料占比降低至65%(目前约为75%）：煅烧粘土，新型低碳水泥，预计煅烧粘土将逐渐取代传统矿物成分，取代矿渣或粉煤灰燃料替代率增至37%(欧洲地区，2030年燃料替代率提升至70%）；加大替代原料的使用(相关行业的废料和副产品可用来代替部分石灰石原料，约采用1亿吨）；（4）碳捕集利用与封存技术(正在欧洲和北美同步试点20多个碳捕集利用与封存项目，每年可减少约400万吨二氧化碳排放)。豪瑞集团三、大型集团低碳发展规划-国外Cemex集团认为混凝土在向低碳经济过渡中将发挥关键作用，其宣称到2050年向全球所有客户交付净零CO2混凝土。Cemex水泥集团创新投资公司（Cemex

Venture）与伦敦Carbon

Clean

Solution签署了合作项目，2021年启动碳捕集工程，捕集10万吨二氧化碳，计划把成本降至30美元/吨CO2以下。三、大型集团低碳发展规划-国外2025年，较2020年单位熟料碳排强度降6%，能耗降6%南方某大型集团-总体目标（1）研发低碳水泥产品：节能降耗技改，优化生产工艺，优化生料配料，深挖节能降碳潜力（2）推广清洁能源：减少传统能源消耗（3）创新减排技术：探索研究CCUS新技术（4）推动数字化转型：数字化助力碳交易、碳资产管理（5）发展森林碳汇：在厂区和矿山广泛开展植树造林具体措施(5大类）三、大型集团低碳发展规划-我国短中期(~2030年)：单位产品CO2排放强度比2005年下降70%以上，替代燃料提升至25%以上中长期(~2060年)：一定程度上依靠CCUS及BECCS（生物能源碳捕集与封存），实现净零排放总体目标2025203020352060熟料系数再降低5%CCUS项目建设燃料替代25%（60kgCO2）地质封存燃料替代30%（75kgCO2）推广CCUS普及CCUS三、大型集团低碳发展规划-我国华中某大型集团-低碳发展白皮书（2021）第二部分水泥工业低碳技术实施现状一、低碳熟料技术二、替代燃料技术三、低碳水泥技术四、低碳混凝土技术五、前沿低碳技术一、低碳熟料技术传统水泥熟料CO2排放约0.86吨，其中：碳酸盐分解产生0.533吨燃料燃烧产生0.320吨电力间接排放约0.060吨减少石灰石用量◼

突破现有水泥熟料体系降低高钙矿物含量提高低钙矿物含量引入其他低钙矿物组分新型低碳熟料氧化钙含量低烧成温度低CO2排放低新型低钙矿物一、低碳熟料技术213普通硅酸盐水泥熟料CaO

65%低钙硅酸盐水泥熟料硫（铁）铝酸盐水泥熟料CaO

35%，碳排放可降低30~40%1000CaO

60%，碳排放降低6%900800700600500高贝利特水泥熟料400CaO

55%，碳排放可降低30010%以上200100028220420829895154578511362489217351715 861 570787311505硅酸三钙

硅酸二钙

铁铝酸四

铝酸三钙

硫铝酸钙

硫硅酸钙钙燃料排放CO2（kg/t） 原料分解CO2（kg/t） 总CO2（kg/t）新型低碳熟料：提升硅酸二钙含量、降低CaO含量（少使用石灰石）在传统硅酸盐水泥范畴内进行低钙低碳化21普通硅酸盐水泥熟料CaO

65%低钙硅酸盐水泥熟料CaO

60%，碳排放降低3%高贝利特水泥熟料CaO

55%，碳排放可降低5%以上减排效果：与普通硅酸盐熟料相比，可节约石灰石5～10%，煤耗降低10%，CO2排放减少5～10%。已获得推广和应用，代表了国际最高水平一、低碳熟料技术新型低碳熟料：提升硅酸二钙含量、降低CaO含量（少使用石灰石）硫（铁）铝酸盐水泥熟料CaO

35%，碳排放可降低30~40%3在传统硅酸盐水泥范畴内进行低钙低碳化21普通硅酸盐水泥熟料CaO

65%低钙硅酸盐水泥熟料CaO

60%，碳排放降低3%高贝利特水泥熟料CaO

55%，碳排放可降低5%以上减排效果：攻克了碱度调控及混凝土凝结硬化调控等技术难题，单吨水泥减碳约200kg。在海洋工程及核电工程获得示范应用一、低碳熟料技术新型低碳熟料：提升硅酸二钙含量、降低CaO含量（少使用石灰石）硫（铁）铝酸盐水泥熟料CaO

35%，碳排放可降低30~40%3在传统硅酸盐水泥范畴内进行低钙低碳化一、低碳熟料技术新型低碳熟料体系：

能耗降低10%以上，CO2减排25%以上；性能与硅酸盐水泥相当矿物名称CaO（%）大量形成温度范围（℃）燃料排放CO2（kg/t）原料分解CO2（kg/t）总CO2（kg/t）硅酸三钙（C3S）73.71350-1450282578861硅酸二钙（C2S）65.11000-1200204511715铁铝酸四钙（C4AF）46.11100-1200208362570硫铝酸钙（C4A3$）36.81200-135095217311硫硅酸钙（C5S2$）58.31100-1200154351505新型低碳熟料：引入新的低钙矿物、减少石灰石用量创新发明新体系，实现低钙低碳化C3S861C2S716C3A787C5S2$531C4AF570C4A3$345烧成温度/oCCaO含量/%熟料钙含量、煅烧温度与碳排放的关系P掺杂稳定高活性晶型AlFe一、低碳熟料技术新型低碳熟料：引入新的低钙矿物、减少石灰石用量硫硅酸盐熟料：

能耗降低10%以上，CO2减排25%以上；性能与硅酸盐水泥相当基于煅烧制度优化，突破了硫硅酸盐熟料一次烧成，打破国际惯例；进行了中试试验，熟料外观与性能正常，取得圆满效果一、低碳熟料技术新型低碳熟料：引入新的低钙矿物、减少石灰石用量活化机制指导+烧成制度优化，在工业窑炉中实现一次烧成（2023年12月，天津，5t/d；2024年9月，河南，500t/d）二、替代燃料技术9654.28575748.7000煤天然气废轮胎废塑料废油废弃物衍生燃料动物油脂废弃木材碳排放（gCO2/MJ）20 40 60 80 100 120替代燃料与化石燃料碳排放对比7.815.545418511.353.6184522.46082020 40 60各国水泥熟料生产过程化石燃料替代率80100中国美国

(2004)比利时

(2011)西班牙

(2011)波兰

(2010)欧盟

(2012)德国

(2010)加拿大

(2008)荷兰

(2011)瑞士

(2012)瑞典

(2011)日本

(2012)澳大利亚(2013)替代燃料率（%）替代燃料、生物质燃料及衍生燃料大多为碳中性，代替燃煤可产生显著的CO2减排中国替代率仅2%，提高替代燃料的使用比例，是水泥生产实现减少直接排放的重要技术二、替代燃料技术参考文献：安徽海螺集团官网2020年10月，铜陵枞阳某水泥企业建成中国水泥行业首套生物质替代燃料系统。以生物质替代燃料技术为核心，替代分解炉部分用煤，减少SO2

NOx

及碳排放。一期工程每年利用秸秆等生物质15万吨/年，节约标准煤7.3万吨，燃料替代率~20%。碳减排量约19.5万吨CO2/年。三、低碳水泥技术每

10%掺量消纳废渣0.1吨/吨水泥替代熟料0.1吨/吨水泥减排利废少耗石灰石约130kg少排放CO2

约85kg少消耗实物煤约11-12kg少排放SO2、NOx水硬性胶凝材料：熟料（≤20%）+适量石膏+适量外加剂+大量固废少熟料/无熟料水泥少熟料/无熟料水泥包括：碱激发胶凝材料：粉煤灰或各种冶金废渣+碱，CO2减排40～80%；固废胶凝材料：钢渣+矿渣+脱硫石膏+石灰，CO2减排90%；生态水泥：等同固废胶凝材料，CO2减排90%；超硫水泥：矿渣+脱硫石膏，CO2减排95%。存在问题：质量稳定性、耐久性数据不足，工程实践少，标准（规范）不完善；在地下充填、路基等领域应用，可作为水泥工业碳减排技术之一。十四五重点研发计划项目“新型低碳水泥研发及应用关键技术”（张文生教授）三、低碳水泥技术三、低碳水泥技术以C3S2、C2S、CS为主要矿相的气硬性胶凝材料与CO2反应生成CaCO3和高度聚合的SiO2

凝胶，产生较高强度碳减排效果：低钙硅比→减少碳酸盐分解产生的碳排放煅烧温度为1250℃→减少燃料燃烧产生的碳排放矿化养护固碳→碳化养护不仅增强，可固化CO2约150~300kg/t。碳负性水泥熟料矿相反应式烧成温度℃碳酸盐分解CO2排放kg/tCO2减排率（估算值）C3S3CaCO3+SiO2

→3CaO·SiO2+

3CO214505790C2S2CaCO3+SiO2

→2CaO·SiO2+

2CO2125051216%C3S23CaCO3+2SiO2→Ca3Si2O7+

3CO2125045830%CSCaCO3+SiO2

→CaO·SiO2+

CO2125037950%随着碳化时间的延长，抗压强度相应增加硅胶 CaCO3CaSiO3 水膜 孔CO2目前已经应用在北美混凝土行业中注：黄色为使用该技术的混凝土强度注：黄色为减少水泥用量后使用该技术的混凝土强度灰色为减少用量后传统技术的混凝土强度CO2与混凝土中可碳化组分发生化学反应，可提高混凝土/制品强度，理论上硅酸盐水泥吸收自身质量50%CO2。混凝土制品矿化养护，可增强混凝土强度，CO2固化量70kg/m3；矿化固废、再生骨料等，CO2固化量可达到100kg/t；CO2预拌混凝土，CO2减排15kg/m3。1.

混凝土矿化固碳技术0.060.110.160.070.170.240.260.160.10.240.200.4钢渣水泥窑灰废弃水泥生活垃圾飞灰生活垃圾底灰

0.03油页岩灰0.1 0.2 0.3可用于建材的固体废弃物碳捕集效率四、低碳混凝土技术2.

矿化与碱激发耦合技术四、低碳混凝土技术基于不同固废组成特点，实现新型墙体材料的全固废协同制备利用碱与CO2

的协同作用，显著提升CO2矿化效率及墙体材料耐久性墙材材料强度等级达到MU10以上CO2矿化率达到10%以上含CO2烟气温度压力浓度湿度钢渣铁尾矿电石渣硅钙渣赤泥锂渣多固废协同可碳化钙源可碳化钙源+碱碱+硅铝组份3.

气硬性矿物矿化技术四、低碳混凝土技术以C3S2（3CaO2.SiO2）矿物为主、γ-C2S（2CaO.SiO2）为辅的新型低碳固碳胶凝材料攻克C3S2体系固碳胶凝材料与水泥窑尾气中CO2反应形成新型墙材产品的规模化生产技术，集成与优化生产装备能耗降低30%碳排放≤340kg/t固碳量≥320kg/t四、低碳混凝土技术2022年12月28日-“世界首条水泥窑尾气吸碳制砖生产线在华新水泥成功运行”2020年8

月29日-CO₂深度矿化养护制建材关键技术与万吨级工业试验捕集量通常为粉体的10%，可作为CCUS技术的补充

(捕碳效率？循环富集？)五、前沿低碳技术--全氧燃烧耦合碳捕集提纯回转窑分解炉/煤粉天然气70%

CO2烟气（CCUS）制氧系统(氧含量80-100%）烟气循环（比例70%）/煤粉天然气碳捕集及利用技术—全氧燃烧技术传统水泥生产工艺产生烟气中CO2浓度约为25%全氧燃烧技术可提高烟气中CO2浓度至70%左右全氧燃烧O2CO2中国建材集团：青州中联，2024年3月31日，达产达标碳捕集及利用技术—二氧化碳捕集纯化挪威布雷维克Norcem公司：中试规模碳捕集技术示范项目，在2013到2016年期间利用胺基吸收剂进行试验美国德克萨斯州Skyonic公司：2015年开始运作，化学捕获75ktCO2/a并将其转化为碳酸氢钠、漂白剂和盐酸；吸附剂一旦饱和，不需要再生。ECRA：将水泥窑燃烧后捕集技术的研究分为7个阶段，计划在2020年开展示范工程项目全氧燃烧燃烧后捕集示范应用中国海螺水泥：白马山，5万吨/年金隅冀东集团：北京水泥厂，10万吨/年中国建材集团：青州中联，正在调试，20万吨/年五、前沿低碳技术--全氧燃烧耦合碳捕集提纯氢能煅烧水泥熟料技术（尚处于研发极阶段）水泥熟料煅烧工艺回转窑用煤40kg/tCO2减排320kg/t分解炉用煤60kg/t氢能（部分）替代煤粉：吨熟料消耗约21kg

H2，以5000tpd熟料生产线为例，年可减少碳排放约37万吨；英国ETP

清洁能源技术指南：将在Tarmac

andHanson

Cement测试氢能等替代燃料的应用。关键技术：大规模安全高效制氢、储氢技术与装备与氢能配套的窑炉煅烧工艺与装备窑炉系统精准安全控制技术与智能系统耐高温耐火材料等关键材料研发与应用2H

替代煤粉五、前沿低碳技术--氢能煅烧第三部分集团/总院近期在低碳方面的工作进展低碳技术+数智化技术低碳化、数智化及流程再造、低碳服务等领域均取得重大进展熟料煅烧机理与数字化设计技术基于低共熔矿化、化学诱导、晶格畸变效应的低温煅烧机理熟料分类体系、矿物数据子集，高通量实验方法内嵌机器学习的水泥熟料矿相活性调控及组成优化方法性能预测模型及数智化管控系统成功应用与合肥南方低碳胶凝材料生产流程再造技术国内唯一的预分解窑热模中试平台-完成全氧中试低能耗二氧化碳捕集技术-捕集浓度99%青州中联全氧+20万吨CO2/年示范线-建成调试固碳装置，实现砌块等制品的养护固碳新型低碳水泥开发与应用技术低活性矿物硅酸二钙和硫硅酸钙活性提升两种新型低碳水泥熟料的矿物组成及其烧成制备水泥生产碳足迹，碳足迹数据库（3万条）低碳技术验证与碳排放足迹评价能力56国建筑材水泥基材料数字化研发体系料科学研究总院有限公司 平台层应用层技术层水泥基材料数字化研发综合平台大数据云计算机器学习数字孪生数据标准化标准与规范数字化手段标准体系基础层用户层 静态对象：低碳水泥基材料动态对象：工艺/装备仿真 模拟目标功能： 设计 预测材料基础数据库数字仿真与模拟双碳技术服务平台原创新技术新装备全流程仿真技术验证装备开发数据建模材料低碳设计性能预测产品低碳核算数据查询生态过程数据建模技术验证数据建模新装备研发新工艺突破新材料发现工艺数据图像/视频存储网络**云平台数据基础物性数据硬件基础服务器软件基础中组成设计颗粒流仿真与模拟多场多相高温能质耦合性能预测数字混凝土以研发人员及企业管理者、技术人员为终端用户，构建满足多需求及多层次的数字化平台数字化技术赋能低碳水泥研发建立了矿物数据子集，发明了高通量实验方法、构建了高通量制备与智能化设计工作站熟料矿相晶体学结构、胶凝活性、碳排放、热力学参数数据集低碳熟料/水泥高通量试验方法与设备，显著提升了实验效率当前国际上最为全面的熟料矿相数据集；突破了传统以化学元素为基因单元的制备方法基于自有数据库，采用机器学习等创新方法，发现了组成设计新参数（Cs）通过“自学习”

，创制新熟料体系时发现了配料新参数，提升了配料科学性，保障了结果可靠性数字化技术赋能低碳水泥研发模拟仿真水化过程及微结构演化历程，定制化设计水泥组成发明了满足川藏铁路定制化需求的低碳（低热）硅酸盐水泥，为川藏线建设提供了可靠原材料水泥水化过程跨尺度模拟，水化与微结构实时再现低热硅酸盐水泥矿物晶型调控与组成优化设计数字化技术赋能低碳水泥研发耦合物理与化学过程，实现了全流程可视化仿真，建立了“数字”工厂物理参数+化学反应采用曳力新模型等，降阶处理，“串联”各工艺阶段，对亿级颗粒进行全流程操作，实现交互可视化及虚拟化，为产线工艺调控提供了可视化解决方案。数字化技术赋能低碳水泥研发数字化技术赋能低碳水泥研发实物PCT检测网格化图像离散化数据演化过程材料物性实现了数字骨料紧密堆积演算，提出了骨料堆积数字化研究新范式性能预测模型及数智化管控系统成功应用于合肥南方等产线“数智化”

技术有效支撑了产线质量管控，性能预测模型应用于国内外7条产线近20000条数据深度训练的熟料强度预测模型在合肥南方、沙特UACC等7家国内外水泥企业上线使用低热水泥（高贝利特）预测模型，已内嵌接入雅砻江流域水电开发有限公司的大型水电站工程物资质量管理智能化平台，支撑大型工程建设用原材料质量智能管理数字化技术赋能低碳水泥研发实现低胶材混凝土机制骨料生产制备-应用全流程数字化应用技术。机制骨料生产制备-应用全流程数字化应用技术机制骨料生产线商品混凝土搅拌站数字化技术赋能低碳水泥研发第四部分结论与展望01根据IEA技术路线，碳捕集技术、低碳水泥技术是最具减碳潜力的减排技术，分别为48%、37%。我国减少熟料用量技术的减排潜力有限，在碳捕集等颠覆性技术领域与当前国际水平有差距。碳减排技术发展方向我国水泥工业减碳未来重点技术：高能效烧成、高效粉磨（辊压机终粉磨）技术及装备；低碳水泥体系开发、制备及其应用技术；水泥窑替代燃料（生物质）预处理与煅烧关键技术；水泥窑全氧燃烧与CO2捕集、利用关键技术；氢能等零碳能源烧成水泥熟料关键技术；……。IEA推荐的减碳路径及减碳效果中国美国欧盟202020302020 20302020 2030燃煤石油天然气 生物质可燃废物源自IEA在广泛征集行业意见的基础上，凝练出我国水泥工业低碳科技创新路线

源头减碳/管碳序号具体技术路线1低碳低钙硅酸盐水泥熟料关键技术与应用2新型无钙负碳水泥科学基础与关键技术3替代原料燃料生产低碳水泥熟料关键技术与应用4先进成熟低碳水泥技术集成与工程化应用5水泥行业碳排放、碳核查和碳交易评价体系研究6非传统硅铝质材料高性能低碳胶凝材料制备与应用关键技术7低碳胶凝材料在高性能混凝土制备与应用高效利用关键技术8熟料全/富氧燃烧与CO2循环富集纯化耦合关键技术与应用9水泥窑尾气CO2规模化高效利用制备建材产品关键技术与应用应用降碳末端固碳/吸碳承担约50%以上碳中和任务碳减排技术发展方向技术类别2020年（熟料约15.8亿吨，水泥约24亿吨）2025年(约1600条生产线；熟料约16亿吨，水泥约24亿吨)2030年(约1500条生产线；熟料约14.5亿吨，水泥约22吨)2060年(约350条生产线；熟料约5亿吨，水泥约10亿吨)厂区光伏电力补偿等先进综合减碳集成技术全行业排放约0.9亿吨（电力）不少于10条生产线，年减碳约70万吨不少于100条生产线，年减碳约700万吨绿色能源，无碳排放石灰石替代及熟料低钙化关键技术吨熟料原料排放CO2530kg，全行业排放约7.7亿吨7～10条生产线,

石灰石替代率30%吨熟料原料减排CO2

约160kg，年减碳160～240万吨50～80条生产线，石灰石替代率30%，吨熟料原料减排CO2约160kg，年减碳1200～1900万吨吨熟料原料减排CO2

225kg，减排42%，减排总量约1.12亿吨含能废弃物与生物质燃料替代燃煤关键技术吨熟料燃料排放CO2320kg，全行业排放约4.6亿吨用于50～80条生产线，燃料替代率30%，吨熟料燃料减排CO2

约100kg，年减碳700～1200万吨约200条生产线，燃料替代率50%，吨熟料燃料减排CO2

约160kg，年减碳约5000万吨吨熟料燃料减排CO2

260kg，减排80%，碳减排总量约1.3亿吨大掺量工业固废制备无/少熟料水泥等低碳关键技术碳排放主要来自于熟料，折算为吨水泥排放约550kgCO2/t熟料系数降到20%，吨水泥减排CO2约380kg，该类水泥年产量不低于500万吨，年减碳约190万吨熟料系数降到20%，吨水泥减排CO2约380kg，该类