脱碳水泥转变，价格上涨三倍

脱碳水泥生产预计将使熟料生产成本提高三到七倍，后者在使用绿色氢气时。该见解指出，尽管使用氢气、氧燃料燃烧和 CCS 可以减少高达 ~93% 的排放，但所讨论的任何选项都不能导致完全脱碳。 

在比较脱碳方案时，使用CCS的动力煤氧燃料燃烧提供了最有利的减排组合，同时限制了成本提升。最不受欢迎的选择是直接用绿色氢气替代动力煤，因为成本提升最显着，但减排量最少。

水泥脱碳成本的显着增加部分解释了钢铁行业更加重视脱碳的原因，而钢铁行业的成本增长可能仅为 30-40%。

水泥行业处于 +3.0°C 的温度路径上

• 石灰石在窑中加热形成熟料时产生的 CO₂ 矿物排放;
• 燃料排放，主要是用于加热窑炉的动力煤。

替代燃料可用于降低总体排放、成本或其他因素。

熟料占标准硅酸盐水泥的大部分，但在某些情况下也用于成本、质量或减排目的，例如煅烧粘土、发电站粉煤灰和高炉渣等替代品。粘土、沙子和铁矿石等添加剂也用于调整最终水泥的性能。

水泥脱碳带来了重大挑战。首先，无论使用何种燃料，大多数熟料生产的_{二氧化碳排放都是}石灰石矿物排放的结果。其次，随着电力和钢铁行业的脱碳，粉煤灰和高炉渣等关键替代品预计将减少。鉴于此，水泥通常被归类为难以减排的行业，因为即使技术变革也无法消除矿物排放。

随着水泥产量到 2050 年的增加，该行业的排放量预计将增加。事实上，我们的预测使水泥行业在 2050 年之前的温度路径将远高于 3.0°C（使用 CRU 的可持续发展和排放服务了解更多信息）。

因此，碳捕获和封存 （CCS） 被视为一种潜在的解决方案，尽管迄今为止进展缓慢。在本洞察中，我们着手探讨为什么会出现这种情况。

CCS 不是一项容易转让的技术

碳捕集解决方案已经存在了几十年，并取得了不同的成功，因此我们知道 CCS 成本与正在处理的废气中 CO₂ 的浓度和压力密切相关。这些因素会影响 CO₂ 的分压，从而影响吸收效率和需要处理的气体量，从而影响需要安装的设备的尺寸。CRU 拥有可追溯到 1972 年的 300 多个 CCS 项目的数据库，包括拟议的未来安装项目。在可用的情况下，该数据库包括有关捕获能力、技术和成本（例如资本支出和运营支出）以及其他项目特征的信息。下图说明了前期资本支出之间的关系。用于 CCS 安装和废气流中的 CO₂ 浓度。

天然气加工和氢气生产受益于废气中的高 CO₂ 浓度和/或高压（即较低的体积），以及相对清洁、一致的气流，从而降低了前期成本并提高了运营效率。将 CCS 应用于具有以下一项或多种气流的工艺时会出现挑战：

• 低 CO₂ 浓度
• 低压
• 污染物（即 SO₂、NOx、颗粒物等）
• 不一致的属性

燃煤发电站，尤其是以可调度方式运行的发电站，可能被认为是最不适合 CCS 的工艺之一，水泥厂也面临类似挑战。

我们分析了几种水泥脱碳方案。每个选项都有不同的资本支出。和运营支出。基于所采用的技术以及每个过程的材料和能量平衡的假设。假设包括 CCS 资本支出。这受废气中 CO₂ 的体积和百分比的影响，并进一步受到氧燃料或氢气配置的选择的影响。进一步的假设考虑了 CCS 装置所需的热电联产 （CHP） 工厂的规模以及使用氧燃料时空气分离装置 （ASU） 的规模。

对于所有选项，我们假设使用胺基吸收剂的典型燃烧后 CCS 系统。较高浓度的 CO₂ 工艺可能使用压力/真空摆动吸附或液化来捕获 CO₂。然而，我们的分析表明，如果不进行重大重新设计，水泥生产将不会达到足够高的 CO₂ 浓度，使这些浓度变得可行。

假设水泥厂经过重新设计以最大限度地减少虚假空气，这些技术可能更适合使用氧燃料的氢基选择。假空气可能来自设备内部泄漏或故意进入空气以降低压力。

减少这种情况可能是一项昂贵的工作，因为水泥窑需要重新设计、密封并且必须保持这种密封。然而，减少假空气确实具有增加 CO₂ 浓度的优势，从而降低了 CCS 成本。因此，减少假空气将是降低 CCS 成本与与重新设计和密封窑炉相关的成本之间的平衡。

下表简要概述了所分析的每个选项。使用 CRU 的可持续发展和排放服务查找每个选项的完整细分。

脱碳将使熟料生产成本增加七倍

下图列出了每种配置的熟料成本以及激励每种选项所需的碳价格，假设碳价格是决策的主要驱动因素。后一种计算方法略有不同，因为基本情况和选项都排放 CO₂（即没有一个是不含 CO₂），因此两者的成本在不同的碳价格下都会发生变化。

用天然气简单地替代动力煤之外，这里研究的技术脱碳方案会导致熟料成本至少增加三倍。CCS 和 Oxyfuel & CCS 选项将熟料成本从我们的基本情况 53 美元_/吨熟料提高到 192 >美元/吨熟_料。绿色氢气选项将成本提高到 280 >美元/吨熟_料，而天然气、氧燃料和 CCS 表现最好，起价为 ~166 美元/吨_熟料。激励转向低碳水泥所需的碳价格从 ~166 美元/吨二氧化碳₂ 开始，对于绿色氢气作为不含 CCS 或氧燃料的燃料，碳价格升至 800 美元/吨_{二氧化碳 2} 以上。虽然我们根据估计成本制定了这些备选方案，但应该指出的是，我们尚未进行详细的技术/运营可行性评估。

熟料生产的技术脱碳将使水泥成本增加至少三倍，而绿色氢气 + CCS 选项可能会使成本增加七倍。我们认为，这是为什么对水泥脱碳的关注不如钢铁的关键原因。

我们的分析表明，假设氢炼钢成功实施，脱碳下钢铁成本将提高 30-40%。另外，我们为铝行业建立了减排曲线，表明在全面脱碳的情况下成本可能会翻倍，这凸显了水泥对成本的更高影响。

鉴于水泥无处不在且成本大幅增加，水泥脱碳在短期内吸引力较低，因此将重点转移到钢铁行业，这是全球消费量第二大的材料。

CRU 因其对商品供应链的技术和经济理解而受到尊重。我们的分析严谨、公正且以事实为导向。如果您想对脱碳方案进行诚实和现实的分析，请联系我们 - 我们非常乐意在 CRU 的可持续发展和排放服务中谈论我们的工作。您可以请求演示 此处。