水泥行业是我国国民经济的重要基础产业，也构成了现代城市建筑的躯干。放眼全球，水泥行业贡献了碳排放总量的7%。我国生产全球近六成水泥，水泥行业碳排放量也逾全球水泥产业碳排放总量的一半。我国水泥行业是二氧化碳排放的重点行业，实现低碳减排至关重要。
一、水泥行业碳排放情况
水泥生产过程中的二氧化碳排放主要源于熟料生产过程，其中石灰石煅烧产生生石灰的过程所排放的二氧化碳，约占全生产过程碳排放总量的55-70%；高温煅烧过程需要燃烧燃料，因此产生的二氧化碳，约占全生产过程碳排放总量的25-40%。
图1.水泥生产全周期过程中的能耗和排放细分
资料来源：McKinsey
十多年来，水泥熟料产量逐年递增，中国水泥行业碳排放从9.71亿吨逐步达到13.75亿吨，水泥行业的碳排放量占全国碳排放总量约13.5%。随着我国水泥行业资源、能源利用化水平的提高，节能降耗先进技术的应用，严禁新增产能、产能减量置换、兼并联合重组和常态化错峰生产等有效的巩固去产能政策的推行，利用环保、质量、能源、技术、安全等综合标准推动落后产能淘汰，水泥行业在“十三五”向“十四五”过渡期间碳排放有逐渐达到峰值的趋势。
鉴于熟料产量是影响水泥行业碳排放的最大因素，预测水泥熟料产量在“十四五”期间将达到消费和产量峰值，年熟料产量预计在14～16亿吨左右，年水泥产量在22～24亿吨左右。预计“十四五”时期在继续压减产能、淘汰落后和巩固去产能的基础上，可提前实现碳达峰，水泥行业年碳排放约在14.5亿吨后下降。
图2.2009～2020年中国水泥行业碳排放统计
二、水泥碳排放实现路径
针对水泥生产企业，碳减排主要途径包括市场与产业政策结合减排、技术减排和相对减排。1）市场与产业政策结合减排，即通过淘汰落后产能等手段进行碳减排；2）技术性减排，即通过改善工艺优化指标、使用替代原燃料、添加矿化剂降低熟料烧成温度、利用水泥窑余热进行发电、新能源技术、水泥窑烟气二氧化碳捕集纯化、提高熟料品质量以及强化生产管理。3）相对减排，即通过建立国家碳交易体系等金融创新手段，将水泥企业间的纵向比较拓宽为产业间的横向比较，将行业内部的减排竞争转移到产业间的减排博弈。
（一）市场与产业政策结合减排
水泥行业的政策减排主要包括产能减量置换、错峰生产及绩效分类评级等。1）2020年12月16日，工信部发布《水泥玻璃行业产能置换实施办法（修订稿）》的征求意见稿，提高了水泥玻璃行业产能置换的比例。修订稿规定，位于国家规定的大气污染防治重点区域实施产能置换的水泥熟料建设项目，产能置换比例为2:1；位于非大气污染防治重点区域的水泥熟料建设项目，产能置换比例分别为1.5:1。2）2020年12月，工信部、生态环境部联合发布《关于进一步做好水泥常态化错峰生产的通知》，推动全国水泥错峰生产地域和时间常态化，所有水泥熟料生产线都应进行错峰生产。错峰政策延续，13省2020-2021平均错峰天数达到118天，与上一年基本持平。做好水泥常态化错峰生产，减少碳排放，有利于促进行业绿色健康可持续发展。3）2020年，我国应急减排措施针对重点行业绩效分级、实施差异管控，A级企业可自主采取减排措施，更有利于实现碳中和目标。
错峰生产和产能减量置换政策已经成为压减水泥过剩产能的两大政策抓手。经统计，“十三五”期间水泥行业依靠工业和信息化部、生态环境部联合推行的错峰生产政策，实现减排二氧化碳17.2亿吨，节约煤炭亿余吨。化错峰生产将在今后一个较长时期内成为水泥行业最有效的巩固去产能成果、巩固碳减排效果的产业政策。
（二）技术减排
水泥行业是二氧化碳排放大户，其排放主要来碳酸盐的分解、燃料的燃烧和电力消耗。进一步在生产工艺碳减排（如替代原料、熟料替代技术等）、生产能耗碳减排（如替代燃料、富氧燃烧技术、高效粉磨、余热发电等）、新技术碳减排（如水泥窑二氧化碳捕集利用）及新能源技术等方面加强技术研发力度。
表1.水泥行业碳中和的技术途径
1.能源替代
替代燃料是更优先、更具成本效益的手段，到2050年可推动行业约10%的碳减排。如果逐个分析可为水泥生产供热的主要燃料，会发现可再生废弃物是最可行的煤炭替代燃料：
煤炭：目前为逾95％的水泥生产供热，是现阶段石灰石煅烧使用的主要燃料源。由于煤炭价格低廉，煤炭燃料不太可能被完全取代，但会在燃料结构改善过程中不断降低份额，预计在2050年煤炭在水泥生产所使用燃料中占比20-30%。
生物质：目前为不足1%的水泥生产供热，被认为是无排放的清洁资源，并且搭配碳捕获技术可能产生净负排放。但中国生物质资源整体紧张，且多个行业均出现需求显著增长的可能，目前行业内仍没有公司用生物质为水泥车间供热。考虑到生物质供给端的不确定性，预计在2050年生物质构成水泥生产所使用燃料的5-10%。
废弃物：目前废弃物为不到5%的水泥生产供热，我们认为废弃物是更好的潜在碳减排资源。一方面有机废弃物可作为燃料，另一方面固体废弃物可代替熟料，减少石灰石的使用，从而进一步减少生产过程中的碳排放。同时，废弃物利用在我国有着政策利好、供应量相对持续、垃圾分类状况不断改善三方面支撑。预计在2050年废弃物构成水泥生产所使用燃料的55-75%。
电力加热：对于水泥生产来说，采用电加热无论从技术要求（需要较高温度和功率）、设备改造还是运营经济性上看均不具备很高的可行性，未来可能不会成为重要的减排手段。
天然气：天然气虽不能帮助水泥行业实现燃料的零碳排放，但可以显著降低燃料的碳排放强度，因此可能在未来的碳减排中扮演重要的过渡技术角色；同时，天然气作为替代燃料也面临成本上升、设备技改等挑战。本文暂未对天然气在未来水泥行业碳减排路线图中的作用进行定量分析。
2.CO2捕集
在需求下降、能效提升、替代燃料均发挥作用的情况下，预计可产生的碳减排成效与1.5℃情景下的碳减排目标之间仍有较大缺口，还需要新兴技术的支持。鉴于水泥生产中熟料工艺排放的特点，在没有新兴技术大规模代替熟料的情况下，碳捕集与封存（CCS）将成为水泥行业实现碳中和的唯一选择，预计到2050年需要贡献行业约50%的碳减排。CCS需要相匹配的地质条件，如靠近衰退期油田、盐水层等；且由于水泥厂规模较小、地点分散，单个企业难以承担大规模CCS基础设施建设，因此可考虑参与“CCS工业园区”模式，与其他需要依赖CCS技术减排的行业（如钢铁、煤电等）组团开展试点。
国内某水泥生产头部企业在2018年下半年推出了中国首个水泥CCS示范项目，目前也是国内唯一的水泥企业CCS项目。该CCS项目投资逾5000万元人民币，每年捕获二氧化碳约5万吨，捕集率约为1/30，是一个小规模的试点项目。未来水泥行业CCS试点的重点将聚焦于捕集技术的创新突破、捕集规模的大幅提升，以及CCS产业链的逐步搭建。
图3.国内某水泥生产头部企业的CO2捕集工艺和价值链
（三）相对减排
即通过建立国家碳交易体系等金融创新手段，将水泥企业间的纵向比较拓宽为产业间的横向比较，将行业内部的减排竞争转移到产业间的减排博弈。下一步将逐步加强应对气候变化减缓碳排放机制、开拓碳排放核查与监管、碳排放额分配、全国性碳排放权交易市场、碳资产管理、碳税和碳金融等工作，利用碳交易机制倒逼企业技术创新，减少碳排放强度。
2021年6月22日，上海环境能源交易所发布《关于全国碳排放权交易相关事项的公告》，对全国碳排放权交易的方式、时段、账户等相关事项进行了明确。全国统一的碳交易市场将于6月25日开启，交易中心设在上海，登记中心设在武汉，7个试点的地方交易市场继续运营。
水泥行业的碳排放配额交易，在2012年已有试行。2012年广东省内4家水泥企业塔牌集团、海螺水泥、中材水泥、华润水泥以60元/吨的价格、花费6799万元认购了130万吨二氧化碳排放权配额，成为中国基于碳排放总量控制下的首宗配额交易。企业认购的配额是为未来新增水泥产能购买的碳排放配额，其中政府免费提供90%的配额，企业自行购买10%的配额。若参考欧盟碳排放交易体系，其给予成员一定的碳排放配额，成员使用剩余的配额可以通过碳交易所出售给碳排放超额的企业，率先实现减排目标的企业或将能拥有更高的利润。
以海螺水泥为例，公司通过一系列手段降低碳排放实现碳中和，2020年预期将吨熟料二氧化碳排放较2016年减少0.004吨，2025年预期将吨熟料二氧化碳排放较2020年下降0.0031吨。同时引进新技术将二氧化碳废气转化为二氧化碳产品。根据水泥网报道，海螺水泥通过一系列手段降低碳排放实现碳中和。如新型干法水泥生产线、富氧助力水泥熟料煅烧和水泥窑烟气二氧化碳捕集利用等方法。其中水泥窑烟气二氧化碳捕集利用技术拥有世界首条水泥窑烟气二氧化碳捕集纯化示范项目，规模为50000吨CO2/年，实现了二氧化碳资源化利用。
图4.海螺水泥碳中和实施途径
三、“碳中和”对水泥行业影响
预计在“碳中和”目标之下，水泥行业将迎来一场升级版供给侧改革。龙头水泥企业将显著受益：
1）市场与产业政策结合减排或倒逼行业加速去产能，龙头企业的差异化限产优势或使其市场份额加速提升。
随着“碳中和”的提出行业供给格局或迎来新一轮收紧，由于碳达峰需要2030年完成，而逬一步转型至碳中和也只间隔30年时间，时间的紧迫性使得碳达峰和碳中和有望成为十四五的重点任务，后续政策催化存在不断升温预期。后续水泥行业的政策落地也只是时间问题；但短期看，随着碳排放顶层政策自上而下的传导,地方政府不排除受到较大的碳排放指标压力，水泥行业原有的“错峰生产”、“减量置换”政策将更为收紧，参考目前部分省份企业限产分级制度，龙头企业的差异化限产优势或使其市场份额加速提升。
2）技术性减排减碳将倒逼水泥企业进行智能化改造和环保创新，龙头企业具备技术优势、规模优势、资金优势，最有可能优先达标
从长周期看，水泥行业的智能化改造和环保创新大概率具有联动性，并渐渐变为龙头游戏。目前水泥行业的进一步降本增效主要聚焦于智能化改造，究其效果，降本远远大于减排，但有望助力“碳中和”。从目前中国建材的智能化改造数据看，在单线投入5000万左右大背景下，理想情况预计能实现熟料综合生产成本降低15元/吨（7%-10%成本降低），而目前具备类似技术储备并已经启动改造的仅海螺水泥、中国建材等少数头部企业。
3）全国碳交易市场开市渐行渐近，头部水泥企业有望受益
头部水泥企业有望通过全国碳交易市场将自身在生产技术以及环保水平上的优势转换为一定的经济效益，生产工艺落后、环保水平较低的小企业成本抬升，或将被加速淘汰。
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