德国和中国水泥工业中替代燃料的使用：比较分析（中文版）

中德水泥行业替代燃料利用比较分析——为中国水泥行业提升替代燃料利用提供政策建议摘要德国水泥行业通过明确的立法、经济激励以及技术创新的综合作用，实现了超过70%的燃料替代率。关键的法律措施（例如《德国循环经济法》和《填埋条例》）通过限制填埋和优先推动回收利用，建立了一个制度框架，使水泥窑协同处置在法律上被正式认定为能源回收。经济激励，尤其是废弃物处理费（gatefee）机制以及欧盟碳排放交易体系（EU-ETS），进一步增强了使用替代燃料的经济可行性。与此同时，在废弃物分选技术、替代燃料生产的标准化和效率提升以及窑系统改造方面的技术进步，使得水泥窑能够在使用成分复杂的替代燃相比之下，中国水泥行业仍然在很大程度上依赖传统化石燃料，替代燃料目前仅满足约5%的热能需求。政策支持较为零散，全国层面缺乏具有约束力的替代燃料标准，废弃物处基于德国的经验，本报告建议：将水泥窑纳入国家废弃物管理体系，建立符合国际先进制定替代燃料国家标准，并将气候政策和可再生能源激励措施扩展至水泥窑协同处置领域。通过这些措施的协同实施，不仅可以提升整体废弃物管理效率，还能够显著降低水泥行业的目录 1 2 2 3 4 5 6 6 7 8 8 8 1引言水泥行业每年的碳排放量约占全球碳排放总量的7-8%，水泥行业的脱碳是实现全球气候中和的关键因素之一。尽管该行业主要的碳排放来自石灰石分解，但仍有约三分之一的碳排放来源于燃料，因此替代燃料的使用在水泥脱碳中发挥着重要作用。然而，目前中国水泥行业替代[1]其主要原因是缺少政策支持、经济激在政策方面，目前中国涉及能源回收（利用水泥窑协同处理废弃物属能源回收范畴）的政策法规多嵌入在较宽泛的法规框架中，如综合资源利用、循环经济、节能减排更没有明确给予能源回收在废弃物处置体系中的以《中华人民共和国循环经济促进法》和《“十四五”节能减排综合工作计划》为例，其中包含鼓励工业和生活固废综合利用以及支持水泥窑中协同处理相关内容，但尚未达到类似欧盟的系统性和操作细节水平。因此，在推进替代燃料项目时，行业面临较大的不确定性和投资风险，削从经济角度来看，一个关键障碍在于中国碳排放交易体系（ETS）对水泥行业的纳入时间较晚，直至2024正式开始实施。在此之前，水泥厂并未面临碳价压力，因此向低碳燃料的转型所带来的经济收益相对有限。此外对于水泥窑掺烧替代燃料的技术改造项目也缺少专项的财政补贴或低息贷款等激励手段。与此形成鲜明对比的是，垃圾焚烧厂不仅可以获得稳定的垃圾来源，还可以通过上网电价补贴政策获得额外的经济收入，这使得焚烧厂比水泥在技术层面，许多中国水泥厂在设计之初并未考虑处理成分复杂的替代燃料。为适应替代燃料的使用，对现有装置进行改造（如喂料系统、燃烧器以及排放控制等）需要大量投资。然而，目前在排放控制方面的技术条件仍存在不足，尤其是在氮氧化物（NOx）等气态污染物的控制上尚未达到理想水平。此外，废弃物在分选、破碎和干燥等环节缺乏标准化处理流程，也使企业在实际应用中持谨各类能源消耗总量历年变化电替代燃料化石燃料单位:千焦/公斤水泥年份来源:德国水泥协会(VDZ)德国水泥行业从化石燃料逐渐转向使用替代燃料，很大程度是受到了欧盟和本国相关法律要求的推动。图2-1展示了199420012004201320241986将政策重心从“末端处置”199620221996要求，推动了衍生燃料20122017与填埋管理奠定了基础。随后出台的关于废弃物填埋））进一步规定，只有在可回收组分被去除且有机含量显前提下，废弃物方可被允许填埋。此外，这些技术指单纯的废弃物处置管理，转向以废弃物预防和资源回收为核心，同时进一步强化了生产者责任原则。该法要求优先通过减少废弃物产生量来实现源头减量；物质回收和能源回收被视为次级手段，并依据个案评估或相关实施细则，优先选择对环境更为可持续的回收范围内首次建立了统一的填埋标准及废弃物处置规范。该指令在一定程度上借鉴了德国既有的制度框架（如圾技术指南》），同时也赋予德国废弃物管理体系更高层级的法律效力（此前的技术指南主要面向执法和在德国，该指令的转化首先通过2001年颁布的《废弃未经处理的城市生活垃圾直接填埋，这一政策成为推动垃圾衍生燃料（RDF）及固体回收燃料（SRF，有技术预处理设施中，高热值组分（主要为塑料及复合材料）4）另一个辅助推动替代燃料加工市场发展的法律是早在对于纳入管理范围的包装材料，在无法实现再利用的情况下，必须优先优化其材料回收性能。同时，生产者回收责任制度的实施进一步促进了废弃物流的分类，从而针对水泥窑的排放标准在很大程度上与专门的垃圾焚烧厂实现了对标。例如，当协同焚烧废弃物所提供的热输入超过60%（危险废弃物为40%）时，其排放标准需许在特定条件下对以工业生产为主要目的、同时进行废弃物协同处置的装置（如水泥窑）在一般焚烧规则上给50），水泥窑通常在高于1450°C的温度下运行，并具备较长的物料停留时间，从而能够实现对污染物更为彻底的热分解。此外，水泥生产过程中需要处理大量矿物原料，其原料与燃料的比例约为10:1，这些原料本身可能天然含有硫、汞等元素。因此，在能够证明相关排放主要来源于天然原料而非作为燃料使用的废弃物时，法规允许对部分污染物（尤其是SO2、总有机碳），上述法律与技术条件使得水泥窑协同处置不仅在技术上可行，而且由于上述基于生产特点的排放豁免，在许多情况下相较于将同类废弃物送往专门焚烧设施更国内情况对比：国内情况对比：与德国类似，现行水泥窑协同处掺加生活垃圾的质量超过入窑（炉）物料总质量但由于高比例掺烧会对水泥品质造成较大影响，基本没有水泥企业采用。而掺加生活垃圾的质量执行《水泥工业大气污染物排放标准GB4915-的颗粒物、二氧化硫、氮氧化物排放要求比《生活垃圾焚烧污染控制标准》宽松，以帮助协同处置在发展初期的推广。但在2013年修订并提高了排放标准的要求，也符合当前协同处置相关环EU）为欧盟范围内的大型工业设施（包括水泥厂）设力的排放限值，该指令显著提高了减排监管压力，并推动企业采用更清洁、更节约资源的技术，同时减少控制法》生效后，经过近十年技术更新，在水泥厂排（BREF从而明确《工业排放指令》所涵盖各行业必须符合BAT要求。该指令已于2013年通过一项法对于水泥行业而言，《工业排放指令》提供了进一步支持替代燃料使用的清晰法律框架，但同时也提出了严格的技术与环境约束。企业必须证明其排放符合所有限值要求。因此，从长期运行角度看，只有经过充分处理、排放特性较优的替代燃料才具备可行性。这种在“支持”与“约束”之间形成的制度组合，促使水泥窑协同处置逐步走向更加精细化、以质量为导向气污染物排放标准》中的排放指标要求进行了适当的提高，同年还发布了另外两个与水泥窑掺烧污染控制相关的标准且更具针对性的标准，即《水泥窑协同处置固体废物污染控制标准》废物技术规范》（HJ662-2013以成熟的协同处置市场跟上水泥行业整体的绿色转型。同时，新的技术规范也是为了在掺烧的情况下保障熟料的质量。例如氯元素的存在影响水泥质量，水泥生产对原料中的氯元素等有害物质有严格的限制要求。但在当前生活垃圾普遍实行混合收运的情况下，从源头控制氯元素含量难度较大，因此新的《技术规范》对进入掺烧的垃圾预处理和成品替代燃料中各类有害物质含量都提出用于落实欧盟《废弃物框架指令》（2008/98/EC）。一套新的“五级废弃物层级体系”（见图4）被确立为具有约束力的决策逻辑。德国由此前“避免—回收—处置”的三阶段体系，转变为包含“再使用”和“循环利用”的新五避免废弃物产生再使用循环利用《循环经济法》的另一项重要内容是引入了强制分类该条款通过允许高热值废弃物优先用于能源回收，而非强其能源回收在法律地位上可与材料回收等同。立法者将该条款视为一种过渡性安排，以促进废弃物层级原则的逐步非全新引入，但其内涵得到了显著强化。该制度将废弃物预防与循环设计理念前移至生产设施设计、产品设计以及以减少产品生命周期末端产生的废弃物，并确保回收产品此外，《循环经济法》还为上述要求的落实提供了更及信息披露义务）来延长产品使用寿命、促进再利用并提升再循环质量。由此可见，该法的目标旨在从全生命周期提高整体循环利用水平，并进一步减少资源消耗。在SRF/RDF体系发展方面，该法通过提升废弃物分选质量以及实RDF/SRF及水泥窑中其它替代燃料的主要法律发展，更多集中在对已有方向明确的体系进行规范化、标准化与专业化管理。除了前述2013年的《工业排放指令》（IED）实的《德国商业废弃物条例》（GewAbfV）修订版，该条例强化了商业废弃物及部分建筑拆除废弃物的分类、预处理及文档记录义务，从而进一步提高了这类废弃物组分的均取代了原《包装条例》，更新了德国对欧盟《包装及包装废弃物指令》（94/62/EC）的落实措施，进一步提升了回总体来看，KrWG之后的法律对水泥窑替代燃料使用的推动作用相对有限。在法规体系趋于稳定的背景下，推动替“入厂费”机制与碳定价共同为水泥行业使用替代燃料建立了有力的商业逻辑。在德国，适用于水泥窑的高质量废弃物组分通常可以用较低甚至负的入厂费获得；同时，欧盟碳排放交易体系（EUETS）对替代燃料中生物质部分实行零排放核算，进一步增强了相关投资的经济吸引力。相比之下，中国废弃物分配体系以及对垃圾焚烧发电厂的补贴在一定程度上在水泥行业中，利用废弃物作为替代燃料的一个关键入厂费，是指为接收并进一步处理废弃物而收取的费用。在德国，水泥厂的入厂费通常低于垃圾焚烧厂，因为水泥厂只接收质量较高、能够满足熟料生产要求的废弃物。一般而言，废弃物质量越高（即热值越高、污染物和杂质含量越低），其入厂费越低。对于可作为工业过程替代燃料的高质量废弃物，入厂费甚至可能为负值，即接收方（水泥厂）需要为获取该类废弃物支付费用。这种情况之所以平均约为62.5欧元/吨,[8]这一较大的价格差市场划分的不同质量等级。其中适用于水泥窑的高质量替代燃料通常处于价格区间的低端（即经过专业替代燃料生产商加工过的废弃物如送至水泥厂协同燃烧，仍需向水泥弃物产生者（或废弃物主管部门）向替代燃料生产商支付约150欧元/吨的费用，而替代燃料生产商再向水泥厂支即反映了废弃物处理、加工、质量控制等成本以及替代燃在德国市场中存在“负入厂费”的情况，即水泥厂为获取经过专业处理的高质量废弃物反过来向替代燃料厂商支付独收集，从而使高热值组分优先流向替代燃料生产商，这德国环境署一项关于《商业废弃物条例》实施效果的研究显示，2021年商业废弃物的处置费垃圾焚烧设施因建设年代及投资状况不同而形成的固定成与替代燃料生产商的接收价格相比，垃圾焚烧厂的高入厂费主要源于处理工艺及附加值模式的不同。垃圾焚烧厂的核心任务在于减少需填埋的废弃物量，对废弃物进行无害化处理，最后才是尽可能回收其热值。然而，在尽量降低环境影响的前提下进行焚烧处理本身成本较高，同时残渣填埋还构成一项重要的额外成本；除处置费之外，其水泥企业愿意支付费用购买固废或生活垃圾，但由于废弃物主管部门与城市垃圾焚烧厂签订了长期定向供应合同，以至于水泥企业花钱也买不到固废。另外，垃圾焚烧电厂发电上网享受国家新能源补贴，使其在燃料获取方面具有显著的成本优势，从而降低了水泥生产中协同燃烧的经济竞争力。水泥企业参与废弃物处置市场的障碍还受不同管理部门负责，且审批程序复杂，进一步限2004年颁布的《温室气体排放交易法》（TEHG）为德国参与欧盟排放交易体系（EU-ETS，源自2003年通过的第2003/87/EC号指令）建立了国家层面的法律基础。该机制通过设定总量控制并允许排放配额交易（cap-and-），需按其每排放一吨二氧化碳持有相应的排放配额。水泥行阶段。在各阶段中，由于被认定存在“碳泄漏”风险（即因不同地区政策差异导致排放向监管较宽松地区转移水泥企业普遍获得了基于基准值的免费配额。然而，随着对于水泥厂而言，在欧盟排放交易体系下的履约义务首先基于经核证的直接二氧化碳排放量，即工艺排放——这些排放源于原材料（尤其是石灰石）中的碳酸盐在转化为熟料矿物过程中释放的CO2；其次是燃料排放，即为提供窑炉热量而燃烧燃料所产生的CO2。通常情况下，约60%的排放来自工艺过程，约40%来自燃料燃烧[17]。2通常通过燃料消耗量（活动数据）以及计算参数（低位发热值、排放因子和氧化因子）进行核算。替代燃料有助于降低燃料部分的碳成本。其中，替代燃料中的化石组修订）中的可持续性和温室气体减排标准时，可按零排放因子（即排放系数为0）处理。因此，企业在履约时需上缴的排放配额将相应减少。综合考虑燃料价格与碳价的因这一变化将进一步使水泥厂与垃圾焚烧厂之间的制度环境趋于一致。然而，水泥行业更早开始通过减排应对未来碳成本，其对替代燃料的需求和应用因此提前并显著高于垃德国市场中替代燃料的高渗透率表明，对水泥窑系统进行改造以适应替代燃料的投资具有良好的经济可行性。替代燃料通常具有较低甚至为负的入厂处置费，叠加传统化石燃料价格较高而且对应更高的碳成本，使得替代燃料国内情况对比：国内情况对比：2025年生态环境部印发了《全国碳排放权交易市场覆盖钢铁、水泥、铝冶炼行业工作方案》，标志着水泥行业正式纳入了全国碳排放权交易市场，虽然起步较晚，但是比对于水泥行业采取包括替代燃料在内的各类减碳措施起到推动作用。尤其是《水泥行业节能降碳专项行动计划》确定近期替代燃料产生的二氧化碳暂不计入核算体系，更加有利于替代燃料在水泥行德国水泥行业中替代燃料（AF）的成功应用，不仅得益于法律与经济激励框架的推动，也离不开显著的技术进步和工选工艺的核心挑战在于生产出水泥厂所要求的高质量垃圾衍生燃料。问题在于，即使在可回收物被移除之后，废弃物组分中仍然残留着大量成分复杂、性质不均一的物GmbH、VecoplanAG等公司在长期实践中开发了复杂的多级分选工艺，包括预破碎、光学分选、风力分选、抛射式分选以及精细筛分等步骤。其目标是最大限度地分离出同时去除可能影响窑炉稳定运行和排放合规性的杂质，例得益于这些技术能力，最终产出的替代燃料在热值、粒径、含水率、氯含量等关键指标上都能保持高度一致和可控，从而显著提升水泥窑的燃烧效率与稳定性。大量实同时也有助于优化物料与能量平衡。稳定且可预测的燃烧此外，从经济性角度看，多级分选虽然提高了燃料预包括更高的替代率、更低的化石燃料采购成本、更少的窑处理带来的常见单位成本增量按水泥生产过程折算大约为在德国的商业模式下，分选企业通过“垃圾处理费+燃料销售”实现盈利，水泥厂则获得标准化、高品质的替国内情况对比：国内情况对比：相比之下，中国当前废弃物分类和资源化体系正在快速建设中，但高质量成品替标准化不足等问题仍然存在。这也导致许多水泥企业在尝试替代燃料时面临燃烧不稳、排放控制为了应对低品质废弃物来源在物理和化学特性上的差异，德国水泥设备供应商对燃烧系统进行了技术革新升级，以增加系统对不同种类、不同质量的替代燃料的适应这些技术的核心是在预热器中对替代燃料进行灵活且燃烧条件并延长燃料在反应器内的停留时间，从而在燃料含水率高或颗粒较粗的情况下仍能保证高效的热量传递。同时，集成的排放控制系统能够在源头减少污染物排放。模块化设计使这些技术能够以最小的干扰集成到现有水泥值得强调的是，这类“耐低质燃料、适配性强”的技术部分正是为低预处理程度或几乎未预处理的替代燃料而设计的。对于无法在短期内行成高精度分选与预处理能力的市场（例如中国多数地区），这类燃烧系统改造的重要性尤为突出，因为它可以在较低预处理水平的情况下就允许引入较高比例的替代燃料，从而显著降低进入替代燃料在德国，若干典型项目的数据表明：先进的窑尾预处理和燃烧系统不仅提升了替代燃料的适应性，还带来了可–投资规模：约800–1,200万欧元（公开资料范围，多项目对比值，具体项目未公布确切数字，但行业–适用燃料范围：含水率高（无需预先脱水）、粒径–减排协同效应：由于停留时间延长，NOx、VOC与1200J。J。1三次风的流量）2优化燃料在系统中的停留时间<3用于各类既有生产线）4几乎无需预处理即可使用各类替代燃料–燃料适用性：可直接处理粒径较大的粗质固废与高2–预处理要求降低：减少部分筛分与造粒需求，使替这些案例说明：在预处理能力不足的情况下，通过在窑尾增加耐粗燃料的热处理装置，是快速提升替代燃料替代率、降低前端成本并获得显著减排收益的现实路径。对于当前国内难以在短期内建立完善、标准化、高质量替代燃料供应体系的情况，这类技术路线不仅可显著降低进入门槛，也有利于水泥厂在可控风险下逐步提高替代燃料替在水泥生产过程中，替代燃料的推广应用是我国与国在该领域已形成显著的技术和实践优势。德国水泥行业多年来从法律、经济和技术措施等多个维度提高替代燃料替代率，为国家气候中和目标提供了行业支撑，其发展路径德国很早就认识到，在水泥窑中协同处置废弃物在技还能减少有害废弃物及二氧化碳排放。可以说，德国的替代燃料市场是从供给侧发展起来的。在法规监管要求下，欧盟碳排放交易体系中碳定价机制的同步引入，为水泥行业提供了明确的激励信号：实现脱碳是保持竞争力的必要条件。在这两个因素的共同作用下，替代燃料逐渐发展成与德国相比，中国目前尚缺乏一个支持水泥行业广泛使用替代燃料的法规政策框架。全国范围内尚未制定与成品替代燃料相关的强制性标准，预处理基础设施也相对有限。这些因素导致了水泥行业替代燃料的应用严重不足。1.水泥厂没有稳定、长期的可用于替代燃料的废弃物来源，因此对于投资替代燃料设施和改造窑炉燃烧系统没有决心、信心。主要原因之一是垃圾焚烧电厂近年来已经产能过剩，几乎垄断了生活垃圾的处置。根据焚烧发电厂监测平台上的数据，运营中的垃圾焚烧厂设计处理能力在2024年底达到了3.88亿吨/年，已比例为5.0%。部分城市甚至出现了开挖存量垃圾弥补焚烧缺口的现象[23]。另外，各类工业垃圾的管理分散于不同主管部门，审批复杂严格。水泥企业基本处2.即使可以获得废弃物原料，目前替代燃料标准缺失，市场上没有高质量的成品替代燃料供应商，水泥企业需要自己投资替代燃料加工设施，造成初期投资成本3.由于较晚纳入碳交易体系，以及中国较低的碳价，在市场形成初期替代燃料与传统燃煤相比缺乏经济效益，为了解决这些问题，提高中国水泥行业替代燃料的利1.打破各类废弃物由单一部门负责的集中管理模式和由2）垃圾焚烧补贴退坡，在特许经营权到期后由市场3）鼓励发展包括水泥厂协同处置在内的各种类型的垃圾处置和资源化利用企业，并建立垃圾处置市2.在现有法律基础上建立“能源回收”的法律框架，并以此为基础进行政策设计，为水泥企业合理获取废弃等与废弃物回收利用有关的框架法中，已有关于“减量化、再利用、资源化、鼓励综合利用”等一般性要求。例如《固体废物污染环境防治法》中对于废弃物的处置定义了“利用”和“处置”可在此基础上考虑修订原条款，或以框架法为指能量回收和废弃处置等不同层级的定义，并设定不同处置方式的优先级；法律语言由原则性、指导性升级为量化的技术标准和强制规定。并据此明确能量回收